[发明专利]一种碘掺杂碳量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碘掺杂碳量子点及其制备方法和应用，涉及金属离子检测技术领域。制备方法仅以对碘苯甲酸、间碘苯甲酸或邻碘苯甲酸为原料，经一步溶剂法制备得到碘掺杂碳量子点。本发明制备方法简单，无需经过复杂的表面功能化修饰，制备合成的碘掺杂碳量子点可作为荧光探针实现对Fe³⁺的低成本、快速、简便地定性和定量检测，在金属离子检测领域具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及金属离子检测技术领域，特别是涉及一种碘掺杂碳量子点及其制备方法和应用。

背景技术

Fe³⁺是维持人体健康的微量元素，它在许多化学和生理过程中扮有重要的角色，如氧气的输送，电子的传导及酶催化等。但人体摄入过多的铁离子可以导致活性氧的产生，扰乱细胞内环境稳定，导致血色素沉着等；缺铁可导致贫血，甚至肝硬化等疾病。随着工业迅猛发展，Fe³⁺的过量排放，日益成为水质环境污染的重点，对人类的生命健康和生态环境造成严重威胁。所以，研究开发灵敏、快速、而又简便、经济、可靠的Fe³⁺检测方法，具有极为重要的现实意义。

目前检测Fe³⁺离子的方法包括电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、化学法和电化学法。然而，这些已知的检测方法存在一些缺点，例如，条件苛刻、成本较高、步骤繁琐。最近，随着各种荧光探针的出现，用于检测铁离子的荧光方法以其高灵敏度和良好的选择性吸引了人们的注意。目前，用于检测铁离子的材料多种多样，例如金纳米团簇、半导体量子点、石墨碳聚合物等。虽然这些Fe³⁺的荧光探针检测方法在应用上比较成熟，然而，这些荧光材料也存在一些缺点，如金属价格昂贵、半导体量子点的毒性以及石墨碳氮聚合物的复杂性等，不利于它们的应用。仍然需要避免使用毒性试剂的合成路线制备用于定性分析Fe³⁺的荧光材料。

碳量子点(Carbon quantum dots，简写为CQDs)是由粒径在10nm以下的类球状颗粒组成具有发光性质的碳纳米颗粒。碳量子点作为一类新型的“零维”纳米材料，与传统有机荧光染料分子、荧光蛋白和半导体量子点相比，具有很多优异的独特性能，如可调控的光致发光、低毒、化学惰性和良好的生物相容性等优点，它们已成功应用于各种应用，如生物成像、传感器、光催化和检测。目前常见CQDs的制备方法有电弧放电法、激光消融法、超声法、化学氧化、电化学法、微波法、水热法和溶剂法等，其中一步水热法和一步溶剂法是简单、廉价、低毒制备碳量子点的最好方法。

为了提高碳量子点的荧光强度和各种性能，需要对其进行表面钝化修饰或掺杂杂原子。一般掺杂氮、磷、氧的比较多报道，氟、氯掺杂少见报道，碘掺杂未见报道。目前杂原子掺杂大都选用氮、磷、硫、硅、硼等元素。例如Yang等人通过电化学氧化法制备了N-CQDs。Kang等人以苹果酸和L-半胱氨酸为原料合成出S/N-CQDs。Yang等人将P引入CQDs中发现其具有明亮的荧光和良好的生物相容性，可以用于生物成像。Gao等使用甘油和硅烷分子(N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺，DAMO)通过一锅溶剂热法制备Si-CQDs。Zhao等人用间羧基苯硼酸(CPAB)将B掺入CQDs，高灵敏度的检测Co²⁺。选用卤元素掺杂的案例较少，Ning等人报道了在氯化胆碱/甘油液态共晶混合物为溶剂，制备出N/Cl-CQDs。Zhang等人利用Iodixanol和甘氨酸制备了碘掺杂碳量子点，并用于生物成像。Ding等人利用3-氟苯胺合成了F/N-CQDs，并揭示了其作为温度的荧光传感器和适应多种温度的固态发光装置的潜力。

上述这些研究中掺杂碳量子点的制备均经过了复杂的表面功能化修饰，制备过程繁琐，不利于实际应用，目前针对未使用修饰剂的荧光探针的相关报道甚少。

发明内容

本发明的目的是提供一种碘掺杂碳量子点及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，从而以无需表面功能化修饰的简单制备方法制得可用于金属离子检测的碘掺杂碳量子点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：