[发明专利]一种氮掺杂碳点的制备方法及其应用

说明书

本发明属于荧光碳点技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳点的制备方法及其应用。为开发一种制备方法简单、激发独立的红色发射碳点，本发明以对苯二胺和聚乙二醇20000为前驱体，通过水热法快速制备的具有激发独立特性的N‑CDs(发射波长为628nm)。N‑CDs用于荧光和比色双模式检测铜离子。

技术领域

本发明属于荧光碳点技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳点的制备方法及其应用。

背景技术

铜离子(Cu²⁺)可作为多种金属酶的催化辅助因子，如超氧化物歧化酶、细胞色素c氧化酶、酪氨酸酶和核酸酶，从而使其自身成为生物必需的微量元素。Cu²⁺已广泛应用于化学和材料科学等各个工业领域，从而使我们的生活变得方便。适当应用Cu²⁺可以有效发挥抗菌活性。然而，体内过量的Cu²⁺可能会损害DNA甚至导致各种严重疾病，如肌萎缩侧索硬化症、阿尔茨海默病、帕金森病和威尔逊氏病。因此，重要的是用一种有效且简便的方法监测Cu²⁺水平，以确保我们的身体健康。

然而，大多数采用的CDs在紫外(UV)光的激发下会在蓝光区域发射，这不适合视觉检测铜离子。因此，非常需要制备用于视觉检测铜离子的红色发射碳点，因为人肉眼最容易看到红色的强度变化。CDs的荧光发射光谱可分为两种类型：激发独立的发射和激发依赖的发射。激发独立的发射是指不随激发波长变化而移动的荧光发射峰，而激发依赖的发射是指随激发波长的增加而发生红移的荧光发射光谱。虽然激发依赖的CDs在长波长光的激发下会发出红色荧光，但是这种红色荧光的荧光强度会急剧降低，导致发射效率低，限制了其进一步的应用。已经报道的激发独立的红色发射碳点的制备仍然存在一些关键问题，例如复杂的合成分离过程。

因此，开发一种简单的方法来合成激发独立的红色发射碳点是很重要的。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种氮掺杂的红色荧光碳点的制备方法及应用，以对苯二胺和聚乙二醇20000为前驱体，通过水热法快速制备的具有激发独立特性的N-CDs(发射波长为628nm)。N-CDs用于荧光和比色双模式检测铜离子。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种氮掺杂碳点的制备方法，包括以下步骤：

将聚乙二醇和对苯二胺溶于超纯水中，将溶液在200℃下加热10h，然后冷却到室温，经离心后，取上层清液用0.45μm的水系滤膜过滤，之后冻干即得所述碳点。在200℃下可以降低粒子尺寸，同时提高量子产率。10小时的持续加热能够使得石墨烯碳量子点更好的聚合且保持稳定的发光。滤膜的选择是因为0.22μm的水系滤膜太小，达不到过滤大分子得到合适的聚合物碳点的目的，0.45μm的水系滤膜能达到此目的。

进一步，所述聚乙二醇和对苯二胺的摩尔比为1:1，此时碳点的发光效果最好。

进一步，所述聚乙二醇的聚合度20000，聚合物链有潜在的发光基团(亚发色团)，聚合物为20000时，分子发光效率越好。

进一步，所述离心的转速为3000rpm，时间为33min，离心时间太短离心时间不彻底，太长浪费时间。

一种氮掺杂碳点的应用，应用于检测自来水中的铜离子。

一种氮掺杂碳点的应用，在制备细胞成像试剂中的应用。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

(1)N-CDs用于荧光和比色双模式检测铜离子。

(2)该N-CDs的粒径分布范围小，且具有小的平均直径，为2.36nm。

(3)表现了激发独立的荧光行为。

(4)通过加标回收率实验发现该碳点应用效果比已有的红色碳点好。