[发明专利]一种光催化氧化合成硫量子点的方法

说明书

一种利用光催化氧化合成硫量子点的方法，主要利用紫外光照能使纳米TiO₂吸收能量后产生光生电子e^‑和电子空穴h⁺，产生的电子空穴h⁺能将溶液中O₂和H₂O分子氧化成活性氧物质，随后与溶液中S^2‑作用生成硫单质，并在聚乙二醇的作用下生成具有荧光特性的硫量子点。该方法具有可控性强，合成步骤简单，反应条件温和等优点。且合成的硫量子点发射光波长可调节，具有优异且稳定的发光性能和独特的化学性质，在分析传感和生命科学等领域具有良好的应用前景。

技术领域

一种利用光催化氧化合成硫量子点的制备方法，主要以纳米TiO₂ 为光催化剂、Na₂S 为硫源、聚乙二醇-400为钝化剂、紫外光照为主要反应条件，属于材料制备领域。

背景技术

硫量子点(Sulfur quantum dots，SQDs)是近几年新兴的一种无机量子点材料，具有优异且稳定的发光性能和独特的化学性质，在分析传感和生命科学等领域引起了广泛关注。目前，主要基于热反应的合成方法(J.Am. Chem. Soc., 2018,140:7878-7884)来合成硫量子点。然而，此方法合成的硫量子点的荧光量子产率低、反应耗时长、合成产率低，这些因素限制着 SQDs 的发展。为了克服这种缺陷，目前已做出的改进包括双氧水刻蚀(Angew.Chem. Int. Ed.,2019, 58,7040-7044.)、微波辅助(RSCAdv.,2020, 10,17266-17269.)、纯氧气氛围反应(Chem. Sci.,2020, 11:772-777.)、铜离子刻蚀(ACS Omega,2020, 5,5407-5411.)等。虽然改进后的热合成法在SQDs荧光量子产率、反应时间、操作步骤等方面都有了明显进步，然而目前关于SQDs的合成方法研究仍然不足，除了热合成路线之外，当前只有硝酸剥离法和化学机械研磨法可以不依赖水浴加热条件去合成SQDs。不过这两种方法合成产率低，可控性弱，所以还需开发新的SQDs合成路线。因此，本发明从光催化合成技术入手，利用光催化氧化的方式来合成SQDs。

发明内容

本发明的目的在于利用纳米TiO₂为光催化剂、Na₂S为硫源、聚乙二醇(PEG-400)为钝化剂、紫外LED灯光照搅拌为主要反应条件的SQDs光催化制备法。首先，以硫源Na₂S为基础，在紫外光照条件下，纳米TiO₂吸收能量大于其带隙能的紫外光，然后价带上的电子跃迁进入导带，产生光生电子e^-和电子空穴 h⁺。其中 h⁺能与溶液中 O₂和H₂O分子作用，并将其氧化成活性氧物质ROS，如∙OH、∙O^2-等，随后S^2-与ROS作用，先被氧化至S_x^2-，再被氧化至硫单质，并在PEG-400的帮助下聚集裂解形成SQDs通过光催化合成具有荧光特性的SQDs。

本发明的技术方案如下：

(1)用超纯水将Na₂S∙9H₂O溶解，再加入纳米TiO₂水分散液和1~3 mL聚乙二醇(PEG-400)。搅拌均匀后，将混合液转移到无盖玻璃槽中，用紫色LED灯照射并搅拌溶液使其反应4~15 h。

(2)光照完成后，通过离心去除固体纳米TiO₂后取上清液，再加入双氧水进行刻蚀。

(3)使用真空旋转蒸发仪除去刻蚀后的溶液中大部分水溶剂，再转移进透析袋，放于超纯水中透析处理。

(4)透析后的溶液先旋蒸除去绝大部分水溶剂，再转移至试管并真空干燥，得到硫量子点固体材料。

发明效果

与现有技术相比，本发明具有如下优点：