[发明专利]荧光富氮量子点的制备方法及其产品和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型量子点的制备方法及其产品，尤其涉及一种高含氮量荧光氮量子点的制备方法以及由该方法制备得到的量子点产品，本发明进一步涉及该高含氮量荧光碳量子点在制备成荧光标示材料应用于生命科学、材料科学、物理科学、化学科学等研究领域中的用途，属于量子点的制备和应用领域。

背景技术

近年来，量子点越来越受科研工作者们的关注。量子点粒径较小，粒径范围一般在1～20nm，其电子和空穴被量子限域，因而表现出许多独特的物理性质，其中以其优异的光学性质最为突出。由于量子点具有一般有机荧光染料无法比拟的独特的荧光光谱性能，如：无光漂白性，较宽的激发波长范围，发射波长可控等，已引起生命科学领域研究者的极大兴趣。但荧光量子点中所含重金属具有潜在的长期毒性及环境污染，荧光碳量子点的发现则很好的弥补了这一缺陷。

碳量子点具有杰出的生物安全性和生物相容性，同时具备了量子点独特的光学性质，现已被广泛用于生命科学、材料科学、物理科学、化学科学等热点研究领域。碳量子点合成包括激光消融法、燃烧法、电化学法、水热法、超声法、微波法、紫外照射法等方法。上述碳量子点合成方法中反应条件均较剧烈并需要强酸或强碱氧化，且未经修饰的碳点量子效率低，反应原料不够单一，反应较难重复等。此外，碳量子点合成过程中起始原料均为石墨或有机分子且组分复杂，对于碳点的形成机制研究增添了很大难度，有待改进。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种反应条件温和、原料单一、反应可控且重复性好的荧光富氮量子点的方法；

本发明的目的之二是提供一种由所述方法制备得到荧光富氮量子点，该荧光富氮量子点具有较高的氮含量、水溶性好且荧光性质优良。

本发明的目的之三是将所制备的荧光富氮量子点制备成荧光标示材料应用于生命科学、材料科学、物理科学、化学科学等研究领域。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提供了一种荧光富氮量子点的制备方法，该方法包括：

(1)将式Ⅰ所示的化合物溶于甲醇或水等溶剂中进行加热反应；或者将式Ⅰ所示的化合物溶于甲醇或水等溶剂中进行光照反应；

其中，X为氮；Y为氮、硫、氧或硒；Z为碳或氮；

(2)除去反应产物中的甲醇，干燥；除去干燥产物中的反应原料，再干燥；干燥产物加水重分散得到水溶液；(3)将水溶液过滤膜，滤液真空冷冻干燥，得到粗品富氮量子点。

优选的，所述式Ⅰ化合物为2-叠氮咪唑、2-叠氮苯并咪唑或3-叠氮吡唑；

为了达到更好的效果，优选的，步骤(1)中将2-叠氮咪唑、2-叠氮苯并咪唑或3-叠氮吡唑溶于甲醇中至其终浓度为3～10mg/ml；

步骤(1)中所述的加热反应的反应温度优选为50-100℃，更优选为70℃；所述的加热反应时间优选为12-48小时，更优选为24小时；如选用光照反应，所述的光照反应在以下条件下进行：光照波长300-400nm，光照时间30-120分钟；优选的，光照波长为365nm，光照时间为30-60分钟。

步骤(2)中优选采用减压旋转蒸发的方式和冷冻干燥的方法除去反应产物中的溶剂；

步骤(3)中优选将水溶液依次过0.8μm、0.45μm及0.22μm的滤膜。

为了解决粗品富氮量子点粒径分布不均的问题，本发明利用排阻色谱法成功分离出三种光学性质不同的三种组分(N-dot1、N-dot2、N-dot3)，含氮量最高可达34.48％。分离所得三组分后经FTIR，HRTEM，AFM及详细的光学性质检测，三组分的性能得到进一步的表征及验证。

为此，本发明提供了三种光学性质不同的荧光富氮量子点，分别为：

第1种组分(N-dot1)：荧光富氮量子点的粒径分布范围为2.07±0.61nm，氮元素含量为18.92％，碳元素含量为21.75％，氢元素含量为3.34％

第2种组分(N-dot2)：荧光富氮量子点的粒径分布范围为4.62±0.64nm，氮元素含量为31.21％，碳元素含量为31.12％，氢元素含量为3.85％；

第3种组分(N-dot3)：荧光富氮量子点的粒径分布范围为5.39±0.80nm，氮元素含量为34.48％，碳元素含量为24.51％，氢元素含量为4.72％。

此外，X射线衍射证明上述三种荧光富氮量子点的衍射峰较宽且最大峰值均在23°左右，表明N-dot1、N-dot2和N-dot3具有相似的结晶的核和无定型表面结构。