[发明专利]高荧光量子效率碳纳米点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高荧光量子效率碳纳米点及其制备方法，属于纳米材料科学领域。

背景技术

碳纳米点具有良好的光学稳定性和水溶性，既是良好的电子受体，又是不错的供电子体。与半导体量子点比较，碳纳米点表面具有丰富的含氧基团，易功能化，而且毒性低，具有宽且连续的激发光谱，可实现一元激发多重发射，因此是半导体量子点的理想替代品，可以用于生物医学领域的荧光标记。除此之外，碳纳米点在离子检测、光还原金属和光催化降解有机染料等领域具有广泛的应用前景。

为增强碳纳米点的荧光性能，现有技术中，大多方法采用将制得的碳纳米点进行表面钝化处理，然后通过离心，透析，电泳等方法进行分离提纯，但是，这些方法操作复杂，耗时耗力，而且，荧光量子产率比较低。例如：Sun等（Sun Y P,Zhou B,Lin Y,et al,Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence.J.Am.Chem.Soc.2006,128:7756～7757）在氩气氛中利用激光消融碳靶，得到没有荧光的碳纳米颗粒的聚集体，然后通过硝酸回流氧化后，得到水溶性好的碳纳米颗粒仍无荧光，继续使用钝化试剂聚乙二醇(PEG)钝化处理后，才可得到具有强荧光发射的碳纳米点。用这种方法制备的碳纳米点的荧光量子产率仅为4%-10%，而且，该方法的实验条件非常苛刻，需要昂贵的仪器和有机钝化试剂，而且制备过程复杂繁琐，导致不能实现大规模的、高荧光量子产率碳纳米点的制备。高温热解法（Wang F,Pang S,Wang L,et al.One-Step Synthesis of Highly Luminescent Carbon Dots in Noncoordinating Solvents.Chem.Mater.,2010,22,4528-4530）通常以有机物作为碳源，利用有机物在高温下热解碳化形成碳纳米点，所制备碳纳米点的荧光量子产率虽然有所提高，但制备出的碳纳米点粒径分布不均匀且多为油溶性，限制了它们在生物、医学等领域的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中碳纳米点的制备方法成本高、操作复杂、耗时耗力，制备的碳纳米点荧光量子效率低、水溶性不好的技术问题，提供一种高荧光量子效率碳纳米点及其制备方法。

本发明的高荧光量子效率碳纳米点的制备方法，包括以下步骤：

(1)向反应容器中加入物质的量比为1:1-1:6的碳源和二乙烯三胺，充分混合，得到混合物；

所述碳源为含多羧基的有机物、含多羟基的有机物或者氨基酸；

(2)将混合物于160-200℃加热0.5-24h，得到粗产物；

(3)对粗产物沉淀，洗涤，透析后，得到溶液；

(4)将溶液冷冻干燥，即得到高荧光量子效率碳纳米点。

优选的，所述的含多羧基的有机化合物为柠檬酸、草酸或者酒石酸。

优选的，所述的含多羟基的有机化合物为甘油、葡萄糖、蔗糖、果糖或者壳聚糖。

优选的，所述步骤(1)将碳源和二乙烯三胺在500-2000rpm的搅拌速率下，搅拌10-30min，充分混合。

优选的，所述步骤(2)中将混合物于170℃加热0.5-3h，得到粗产物。

优选的，所述步骤(3)的沉淀，洗涤，透析的过程为：向制备的粗产物中加入丙酮，得到沉淀物，反复用丙酮清洗沉淀物后，通过离心机将沉淀物分离出来，将沉淀物放入透析袋内，用水透析，除去小分子。

优选的，所述步骤(4)的冷冻干燥是将溶液在冰箱中冷冻8-48h后，放入冷冻干燥机内，冷冻干燥20-48h。

本发明还提供上述制备方法制备的高荧光量子效率碳纳米点。

本发明的有益效果：

(1)本发明以含多羧基和多羟基的有机化合物为碳源，或以氨基酸为碳源，以二乙烯三胺为表面钝化修饰剂，通过低温热解法制备碳纳米点，制备方法简单、成本低、便于大规模生产；

(2)本发明制备的碳纳米点为固体，便于储存，在水中有良好的溶解性，具有高荧光量子效率(88.6%)，荧光性质稳定、发射波长范围宽且可调、生物相容性好、低毒等特性，且表面含有丰富的酰胺基团、羧基、胺基和羟基等功能基团，便于进一步衍生，能够拓宽其在生物和医学等领域的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例3的碳纳米点在365nm波长的光照射下的图片；