[发明专利]一种发光碳量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种发光碳量子点及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。本发明以有机小分子为原料，廉价易得，能够有效降低生产成本；本发明利用溶剂热反应制备发光碳量子点，反应原料不需预处理，制备过程简单，反应条件容易控制，易于实现工业化生产；本发明提供的制备方法能够制备出液态的发光碳量子点和固态的发光碳量子点，其中液态的发光碳量子点具有浓度依赖的荧光发射特性且荧光光色可调，固态的碳量子点能够实现碳量子点的固态发光。本发明提供的发光碳量子点能够用于重金属离子及有机小分子的荧光检测、非治疗目的细胞荧光成像及发光二极管领域中。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种发光碳量子点及其制备方法和应用。

背景技术

碳量子点是一类直径小于10nm、准球形、单分散的新型碳纳米材料，由于碳量子点具有优异的水溶性、化学惰性、低毒性、易于官能团化和抗光漂白能力，使其逐渐成为碳纳米材料家族中的一颗新星，被应用于光催化技术、分析检测、活体成像和细胞标记、发光二极管及药物输送等领域。从基础和应用的观点来看，荧光性质是碳量子点最突出的特点。

关于多色发光和具有固态发光特性的碳量子点的研究已有报道。如CN105647529A介绍了一种固态发光的碳量子点的制备方法，通过将碳量子点分散在淀粉基质中以避免聚集诱导荧光淬灭，制备过程需要额外的超声复合过程，此外，合成的碳量子点与淀粉的混合溶液要通过真空冷冻干燥过程以获得固体粉末，该方法操作步骤较繁琐，工业化生产难度大；CN102504815A公开了一种基于热分解乳液胶体粒子制备发光颜色随激发波长可调的碳量子点制备方法，该方法首先需要制备适宜粒径的乳液前驱体为原料用以合成碳量子点，且需要经过高温煅烧的过程，操作过程较复杂，能耗较高，不适宜工业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种发光碳量子点及其制备方法和应用。本发明提供的发光碳量子点的制备方法操作流程简单，成本低，反应条件容易控制，得到的液态发光碳量子点具有多色发光特性，得到的固态发光碳量子点能够实现碳量子点的固态发光。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种发光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有机小分子、有机硅烷和反应溶剂混合进行溶剂热反应，得到粗产物；

(2)对所述粗产物依次进行过滤和透析，得到液态的发光碳量子点。

优选的，所述步骤(1)中有机小分子为柠檬酸、抗坏血酸、葡萄糖、葡萄糖胺、甘氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和苯丙氨酸中的一种或几种；

所述有机硅烷为3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷和N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。

优选的，所述步骤(1)中的反应溶剂为水、乙醇、丙酮、四氯化碳、丙三醇、N,N'-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或几种。

优选的，所述步骤(1)中有机小分子、有机硅烷和反应溶剂的用量比为0.05～5g：0.05～10mL：5～35mL。

优选的，所述步骤(1)中溶剂热反应的反应温度为90～300℃，反应时间为0.5～72h。

优选的，所述步骤(2)中过滤用过滤膜的孔径为0.01～0.45μm；所述透析用透析膜的截留分子量为500～12000Da，所述透析的时间为6～72h。

优选的，所述步骤(2)为：对所述粗产物依次进行水洗、离心、过滤、透析和旋转蒸发，得到固态的发光碳量子点。