[发明专利]一种荧光性能可调的硫磷氮共掺杂碳点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种荧光性能可调的硫磷氮共掺杂碳点及其制备方法。

背景技术

碳点主要是由碳元素组成的一种新型纳米材料，通常它们的尺寸小于10纳米。自从2004年首次由电泳的方法从单壁碳纳米管纯化分离出碳点以来已逐渐成为碳纳米材料家族的一个后起之秀[参见：(a) Xu XY, Ray R, Gu Y, Ploehn HJ, Gearheart L, Raker K, et al. J. Am. Chem. Soc 2004; 126(40):12736-7. (b) Baker SN, Baker GA, Angew. Chem. Int. Ed 2010; 49(38):6726-44]。与传统的半导体量子点和荧光染料相比，由于荧光碳点具有好的水溶性、良好的化学惰性、易于功能化、高的抗漂白性、低的毒性以及良好的生物相容性等优点，引起了科学工作者的广泛关注。其优越的性能使得荧光碳纳米材料在生物成像、生物传感器、药物释放和光电子器件等许多应用领域中替代了传统的基于有毒金属的量子点[参见：(c) Michalet X, Pinaud FF, Bentolila LA, Tsay JM, Doose S, Li JJ, et al. Science 2005; 307(5709):538-44. (d) Sanderson K, Nature 2009; 459(7248):760-1]。目前已经报道了许多碳基荧光纳米材料，如富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石和碳点等。由于碳点的形貌可控，尺寸大小和荧光性能可调，并且其原料丰富廉价以及便利的合成路线，引起了国内外科学家的研究热潮。

到目前为止，研究者致力于研究碳点的不同合成方法，这些方法大致可以归纳为两个主要的类型，一种是自上而下（top-down）的合成法，另一种是自下而上（bottom-up）的合成法。通常自上而下的合成方法包括电弧放电法、激光烧蚀法和电化学合成法等[参见：(e) Shen JH, Zhu YH, Yang XL, Li CZ, Chem. Commun 2012; 48(31):3686-99. (f) Cao L, Wang X, Meziani MJ, Lu FS, Wang HF, Luo PJG, et al. J. Am. Chem. Soc 2007; 129(37):11318-9. (g) Zheng L, Y Chi, Dong Y, Lin J, Wang B, J. Am. Chem. Soc 2009; 131(13):4564-5]，而自上而下的合成法通常是把大块的石墨材料通过氧化或烧蚀等方法得到小尺寸的碳点。自下而上的合成法包括燃烧法或水热合成法、模板法和微波合成法等[参见：(h) Liu HP, Ye T, Mao CD, Angew. Chem. Int. Ed 2007; 46(34):6473-75. (i) Liu RL, Wu DQ, Liu SH, Koynov K, Knoll W, Li Q, Angew. Chem. Int. Ed 2009; 48(25):4598-601. (j) Zhu H, Wang XL, Li YL, Wang ZJ, Yang F, Yang XR. Chem. Commun 2009; 0(34):5118–20]，通常自下而上的合成法是以小分子作为前驱体合成碳点。最近，含有杂原子的碳点已经成为研究的热点，其原因在于通过杂原子的掺杂所引起的结构变化能有效地改变碳点的本质特性，包括电子性能、表面和局部的化学反应活性等[参见：(k) Stephan O, Ajayan PM, Colliex C, Redlich P, Lambet JM, Bernier P, et al. Science 1994; 266(5191):1683-85. (l) Bourlinos BB, Bakandritsos A, Kouloumpis A, Gournis D, Krysmann M, Giannelis EP, et al. J. Mater. Chem 2012; 22(44): 23327-30.]。在掺杂的碳点中，目前的研究主要集中在氮掺杂碳点的制备及其光学性能研究。氮掺杂碳点的制备通常采用电化学合成法、超声合成法和水热处理合成法等[参见：(m) Ma Z, Ming H, Huang H, Liu Y, Kang ZH, New J. Chem 2012; 36(4):861-64. (n) Zhang YQ, Ma DK, Zhuang Y, Zhang X, Chen W, Hong LL, et al. J. Mater. Chem 2012; 22(33):16714-18. (o) Bao L, Zhang ZL, Tian ZQ, Zhang L, Liu C, Lin Y, et al. Adv. Mater 2011; 23(48):5801-6. (p) Sun D, Ban R, Zhang PH, Wu GH, Zhang JR, Zhu JJ. Carbon, 2013; 64:424-34]。而其它杂原子掺杂碳点的制备、性质及其应用研究，文献报道较少，特别是在杂原子共掺杂碳点的制备、性质及其应用研究中，基本属于空白。目前，利用水热法，以黄瓜汁为前驱体，一步法制备荧光性能可调的硫磷氮共掺杂碳点还未见报道。