[发明专利]一类油溶性碳量子点及其制备方法

说明书

本发明涉及一类油溶性碳量子点及其制备方法，制备包括采用表面活性剂为唯一碳源进行一步碳化得到油溶性碳量子点；所述表面活性剂亲油端含有12‑30C，且亲水基团结构热稳定性差，易加热分解。表面活性剂包括烷基阴离子型系列、烷基阳离子型系列、吐温系列、司盘系列、糖基系列、甜菜碱系列、卵磷脂系列和氨基酸系列中的一种。一步碳化的方法包括溶剂热法和无溶剂的固相反应法。本发明的碳源种类多，来源广，价廉易得；得到的油溶性碳量子点形貌相似，大小均一，且含有纳米晶体结构。本发明用含有不同元素的表面活性剂作为碳源可制备杂原子掺杂的油溶性碳量子点。

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其涉及一类油溶性碳量子点及其制备方法。

背景技术

碳量子点(Carbon quantum dot,CQD)又被称为碳点(Carbon dot,C-dot)，因其原料来源广，价格低，且易制备，以及低毒性，良好的生物相容性，光稳定性和抗光漂白性正受到越来越多的重视，并在药物负载，生物成像，荧光探针等方面被认为是取代传统的无机量子点和半导体量子点的最佳材料。然而，目前所报道的碳量子点95％以上都是水溶性，且在规模化制备和粒径控制等方面仍缺乏较好的解决办法，这是制约其进一步发展和应用的重要原因。

迄今为止，虽然对宏观石墨碳源进行电弧放电、激光剥蚀和电化学氧化等“从上往下”的方法已经被用于制备碳量子点，但通过这些方法制备的碳量子点产物纯度很低，并且具有非常宽的尺寸分布，在使用前需要通过多次长时间透析等方法对产物进行纯化和尺寸分级。之后，有机小分子的不完全燃烧、热裂解及微波辅助的热裂解和生物质的水热法等“从下往上”的合成方法被发展起来。通过这些“自下而上”的方法所合成的碳量子点在尺寸分布上较“自上而下”的方法有了明显改善，但得到的产物仍有较宽的尺寸分布。Rhee等人在最佳条件下，通过葡萄糖在胶束中的碳化反应，制备了尺寸分布在1.0-5.0纳米之间的碳量子点。在该尺度范围内，由于强烈的尺寸效应，较宽的尺寸分布会对建立准确的碳量子点构效关系造成很大干扰。目前不论是“从上至下”还是“从下至上”，两种方法都具有随机特性，既不能控制产量，也无法精确控制产物尺寸；而且碳量子点产率和荧光量子效率不高。

此外，由于大多数碳量子点都是通过碳化有机小分子如柠檬酸和乙二胺，或者天然产物如橙汁，西瓜，可乐以及大米等来实现的，因此所得的碳量子点几乎都为水溶性。一方面此类量子点的水溶性特质限制了其在更多方面的应用，另一方面水溶性量子点的后处理过程也相对麻烦，水溶性碳量子点后期必须采用长时间换水和透析带的方式进行分离提纯，不仅耗时长且产量低，同时客观条件上也无法实现大量制备的目的。

发明内容

本发明采用价格便宜的商业化表面活性剂作为唯一碳源，无须多余的合成步骤，将亲水端碳化后就能得到油溶性碳量子点；通过利用表面活性剂所带长链烷烃的位阻作用，得到粒径均一的油溶性碳量子点；同时利用微波作为加热源，可以实现短时间内的快速碳化，大大缩短制备时间；从而很好地解决了当前碳量子点的单一水溶性，无法规模化制备和难以控制粒径等问题，为快速大量制备粒径均一的油溶性量子点提供可能。

一类油溶性碳量子点的制备方法，主要包括采用表面活性剂为唯一碳源进行一步碳化得到油溶性碳量子点；所述表面活性剂亲油端含有12-30C，且亲水基团结构热稳定性差，易加热分解。