[發明專利]一種可控制備熒光碳點的方法

無效

• 申請號: 201110356592.7
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102492421A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 龐代文;包蕾;張志凌;田智全
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C25D11/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明涉及一種可控制備熒光碳點的方法，屬于化學及材料科學領域。

背景技術

近年來，一種新型可發光的碳納米材料——碳點，受到廣泛關注。碳點是一種單分散的形貌類似球狀的熒光碳質納米材料，其粒徑一般小于10?nm。此類碳納米材料具有優良的熒光性能，如耐光漂，非閃爍、發射波長可調、上轉換性能等。與此同時，其具有良好的水溶性、低毒、粒徑小、生物相容性好以及廉價易得等特點。因此，碳點將有望取代含重金屬的半導體量子點，在材料科學、生物化學、電子器件以及生物醫學等方面具有廣闊的應用前景。雖然目前已發展了多種制備碳點的方法，如激光消融法、電化學方法、電弧放電法、微波法、熱解法等，但往往難以對制備的碳點實現有效精確的控制（包括尺寸控制、發光性質控制等），產品單一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種可控制備熒光碳點的方法，可以精確控制碳點的粒徑大小和發光波長。

為了實現熒光碳點的可控制備，本發明以碳纖維為工作電極，在含有四丁基高氯酸銨的乙腈溶液中，僅通過調節施加在工作電極上的電極電勢，得到粒徑不同的碳點。通過對碳點表面的電化學氧化，實現在不改變碳點的粒徑，而調節碳點發光紅移。通過該方法，已達到實現制備小粒徑、發長波長的熒光碳點。

本發明的方法，具體包括如下步驟：

①??????以碳纖維為工作電極，四丁基高氯酸銨的乙腈溶液作為電解液，對工作電極施加電勢進行電氧化；

②??????收集乙腈溶液，蒸發除去乙腈，在所得到固體中，加入超純水，超聲分散；

③??????將超聲分散所得的溶液，經過濾膜，將沉淀濾去，并將濾液用分子截留量為1,000的透析袋透析后即得到碳點的水溶液。

改變步驟1中施加于工作電極上的電勢，即可得到不同粒徑的碳點，即?0.5V下制備得到(3.3?±?0.6)?nm碳點，1.2V?下制備得到(2.9?±?0.5)?nm碳點,?1.5V下制備得到(2.7?±?0.7)?nm碳點,?2.0V下制備得到(2.4?±?0.6)?nm?碳點，?2.5V下制備得到?(2.2?±?0.6)?nm的碳點。另外，在恒定電勢情況下，制備得到的碳點的粒徑不受制備時間的影響：在制備電勢為0.5V，制備時間為30min?和300min得到碳點的粒徑均為(3.3?±?0.6)?nm；在制備電勢為2.5V,制備時間為30min和300?min得到碳點的粒徑均為(2.2?±?0.5)?nm。

通過以上步驟，一般可以得到光譜最佳發射峰為400~450nm的熒光碳點。通過調節制備時的氧化電勢，可以得到不同粒徑的熒光碳點，具有相應的最佳發射峰。為了實現對最佳發射峰的調控，尤其是得到最佳發射峰在450nm以上的熒光碳點，還包括以下步驟：

④??????將步驟（3）中制備得到的碳點，加入到新鮮制備的含四丁基高氯酸銨的乙腈溶液中，并在乙腈溶液中加入少量水增強氧化性，以鉑杯為工作電極，進一步氧化碳點，得到粒徑不變，光譜最佳發射峰紅移的熒光碳點。

例如：在2.5V制備得到的碳點，加入到新鮮準備的含0.1M四丁基高氯酸銨的乙腈溶液中并在乙腈溶液中加入少量水（5wt%）以鉑杯為工作電極，設定電勢為2.5V?恒電勢，進一步氧化碳點表面兩小時，得到粒徑不變，光譜最佳發射峰為500nm的綠色熒光碳點。

本發明利用電化學方法調控氧化電勢，實現了對碳點的粒徑及表面狀態的調控，該方法具有條件溫和，無須進一步分離即可得到單分散且粒徑均一的碳點等特點。本發明可更廣泛地應用于化學、生物和材料科學等領域。

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附圖說明

圖?1在不同的氧化電勢下0.5V，1.5V及2.5V氧化電勢下制備得到碳點透射電鏡圖。

圖?2?在氧化電勢分別為0.5V，制備時間分別為30min和300min下得到碳點透射電鏡圖及粒徑分布情況。

圖3在氧化電勢分別為2.5V，制備時間分別為30min和300min下得到碳點透射電鏡圖及粒徑分布情況。

圖4?在氧化電勢為0.5V時，制備得到碳點C-dots0.5V的熒光光譜圖。其熒光發射光譜具有隨著激發光光譜的改變而改變的特征，其最佳熒光發射峰為400nm，對應的激發波長為320nm。

圖?5在氧化電勢為1.5V時，制備得到碳點C-dots1.5V的熒光光譜圖。其熒光發射光譜具有隨著激發光光譜的改變而改變的特征，其最佳熒光發射峰為430nm，對應的激發波長為340nm。