[发明专利]一种水溶或油溶性碳点及荧光碳点的合成方法

说明书

本发明公开了一种水溶或油溶性碳点及荧光碳点的合成方法，以有机酸、有机胺、醇/酚、烯/炔、噻吩、吡咯等各种有机分子为碳源或杂原子前体，采用离子热法，在有机溶剂中，以无水氯化锌为热解促进剂，以类似有机合成的方式制备水溶或油溶性碳点；通过调控反应前体，直接得到近紫外、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色等不同发光的碳点。本发明提供的水溶或油溶性荧光碳点的合成方法在常压下进行，简单高效，产率高，可以精确控制反应条件和过程，制备不同性能的碳点，实现了碳点的标准流程化制备，更有利于碳点的工业化生产。

技术领域

本发明涉及化学合成技术领域，具体涉及一种水溶或油溶性碳点及荧光碳点的合成方法。

背景技术

碳点，是具有准球/圆形结构的纳米碳，常见尺寸为几至几十纳米，通常能够稳定发光且表现出类似量子点的限域效应。一方面，碳点不同于有机染料小分子，其光稳定性好，不易光漂白，具有一定的激发波长依赖性；另一方面，其不含有重金属成分，也区别于典型的半导体量子点(如CdS、CdSe等)，且表面富含羧基、羟基等官能团，低毒性、生物相容性好；因此，碳点在生物成像、荧光传感、发光二极管、光伏材料器件、光催化、医学治疗等方面表现出不错的应用前景，是当前纳米材料科学领域的研究热点。

2004年，美国南卡罗来纳大学(University of South Carolina)的WalterA.Scrivens等(J.Am.Chem.Soc.2004,126,12736)在利用电泳法纯化电弧放电制备的单壁碳纳米管过程中，第一次分离得到了发光的碳纳米粒子。2006年，美国克莱门森大学(Clemson University)的孙亚平等(J.Am.Chem.Soc.2006,128,7756)通过激光烧蚀法(laser ablation)轰击石墨靶，率先制备出了能够在水中均匀分散的各色荧光碳点。随后，各种有关碳点合成制备方法的报道层出不穷。如：美国普渡大学(Purdue University)的Chengde Mao等(Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,6473)首次利用蜡烛燃烧产生烟灰制备荧光碳点；加拿大西安大略大学(The University of Western Ontario)的Zhifeng Ding等(J.Am.Chem.Soc.2007,129,744)首次通过电化学氧化法切割碳纳米管制备水溶性荧光碳点、美国康奈尔大学(Cornell University)的Emmanuel P.Giannelis等(Chem.Mater.2008,20,4539；Small 2008,4,455)首次通过氨基羧酸钠表面活性剂和柠檬酸等有机小分子前体在高温热氧化条件下，合成各种水溶性的荧光碳点；武汉大学的庞代文等(Chem.Commun.2008,5116)和福州大学的池毓务等(J.Am.Chem.Soc.2009,131,4564)借助电化学法氧化石墨得到蓝色荧光碳点；中科院长春应化所的杨秀荣等(Chem.Commun.2009,5118)首次采用微波法热解葡萄糖-聚乙二醇的溶液，合成荧光碳点；新加坡国立大学的Kian Ping Loh等(ACS Nano 2009,3,2367)利用电化学法在离子液中剥离石墨，制备水溶性荧光碳点；上海大学的潘登余等(Adv.Mater.2010,22,734)利用水热法切割石墨烯制备水溶性荧光碳点；美国印第安纳大学(Indiana University)的Liang-shiLi等(J.Am.Chem.Soc.2010,132,5944)首次以芳香分子为原料通过逐步化学合成油溶性荧光碳点；中科院理化所的刘春艳等(Eur.J.Inorg.Chem.2010,4411)以有机小分子为原料，利用水热法直接制备水溶性荧光碳点；美国莱斯大学(Rice University)的PulickelM.Ajayan和南京大学的朱俊杰等(Nano Lett.2012,12,844)通过混酸氧化沥青碳纤维，大量制备结晶度较好的水溶性荧光碳点；上海交通大学的郭守武等(ACS Nano 2012,6,6592)利用紫外光芬顿法氧化石墨烯氧化物制备水溶性荧光碳点；中科院宁波材料技术与工程研究所的林恒伟等(Adv.Mater.2015,27,7782)利用微波水热法，以谷胱甘肽甲酰胺溶液为原料合成了水溶性的近红外发光碳点等等。