[发明专利]一种氮掺杂碳点及其制备方法和用途

说明书

一种氮掺杂碳点及其制备方法和用途，该方法通过将鸟嘌呤在氢氧化钠溶液中进行水热反应制备氮掺杂碳点。该碳点具有粒径小和高的量子产率，并可用于水溶液中硝基类爆炸物2,4,6‑三硝基苯酚的检测。

技术领域

本发明属于荧光碳纳米材料领域，具体涉及一种氮掺杂碳点及其制备方法和用途，尤其涉及一种以鸟嘌呤为原料制备氮掺杂的碳量子点及其应用于硝基类爆炸物2,4,6-三硝基苯酚的检测。

背景技术

碳元素因其独特的结构和优异的物理性质，一直都是物理学、材料科学以及电子技术领域研究人员关注的焦点。富勒烯(fullerene)、碳纳米管(carbon nanotube)、石墨烯的发现，都曾引起科学家的极大兴趣。荧光碳点，又称碳量子点或者碳纳米点，尺寸一般为1-10nm，其作为一种新型的荧光材料，相对半导体量子点如CdTe而言，碳点具有良好的生物相容性。同时，碳点还具有非常好的水溶性、抗光漂白性和优越的荧光性能，越来越受到人们的关注。但仅含有碳、氢、氧的碳点表现出较低的荧光量子产率，影响了碳点在一些领域如生物成像、化学传感和光电器件等方面的实际应用。

目前，氮掺杂是一种有效的提高碳点量子产率的方法。如CN 106318390A公开了一种生物质氮掺杂荧光碳点的制备方法，在该方法中，将牛奶置于釜式反应器中，通过加入碱性溶液之后使牛奶中大分子的蛋白质水解为小分子的多肽和氨基酸，利用加热条件下碱性溶液中多肽和牛奶中还原性糖的快速美拉德反应，经透析袋和冷冻干燥联合处理获得氮掺杂碳点的荧光碳点的固体粉末材料。在该发明中，由于牛奶组成的复杂性，使得碳源和氮源的多样化，不易控制碳点的氮掺杂，且碱性溶液的加入，会使牛奶中蛋白质发生变性，易造成蛋白质发生聚集现象，从而影响后续的美拉德反应。另外，美拉德反应较为复杂，生成的副产物也非常多。因此，有必要寻找一种简单、高效的方法制备氮掺杂碳点。

2,4,6-三硝基苯酚属于硝基类爆炸物，又称为苦味酸，在炸药、固定剂、染色剂和分析试剂方面有着广泛的应用。由于2,4,6-三硝基苯酚的毒性和对基因有致突变性，又难以被生物降解，导致2,4,6-三硝基苯酚易在土壤和水体中富集，造成严重的环境污染问题。另外，2,4,6-三硝基苯酚的爆炸性，又会造成安全问题。当前，对硝基类爆炸物的检测方法主要有高效液相色谱-紫外检测法、表面增强拉曼光谱法、X射线法等，但这些检测手段成本高，检测过程耗时复杂，严重制约了在实际检测中的应用。因此，非常有必要开发低成本、快速、高效、灵敏的硝基类爆炸物的检测方法。

荧光探针技术是一种简单高效、灵敏度高、技术性和专业性要求不强的分析方法，可以现场实时实地检测样品，因此，很有必要开发合适的荧光探针用于2,4,6-三硝基苯酚的检测。

发明内容

为此，本发明的目的之一在于提供一种氮掺杂碳点的制备方法，通过氮掺杂提高碳点的量子产率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂碳点的制备方法，通过将鸟嘌呤在氢氧化钠溶液中进行水热反应制备氮掺杂碳点。

在本发明方法中鸟嘌呤即是碳源也是氮源，且氮含量高(46.36％)，已有研究表明这种含氮量高的物质非常适合用来制备氮掺杂的碳点。

作为优选，水热反应后经固液分离后将上清液纯化、冷冻干燥得到氮掺杂碳点。

作为优选，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将鸟嘌呤溶于氢氧化钠溶液中进行水热反应；

(2)反应结束后冷却至室温，然后固液分离；

(3)所得上清液进行纯化、冷冻干燥得到氮掺杂碳点。

作为优选，鸟嘌呤在氢氧化钠溶液中的浓度为20-40mg/mL，优选为25-30mg/mL。

优选地，氢氧化钠溶液的浓度为30-50mmol/L，优选为30-40mmol/L。