[發明專利]一種碳納米點及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201210312844.0
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102849722A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 曲松楠;劉星元
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00;C09K11/65
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種碳納米點及其制備方法與應用，屬于納米材料科學領域。

背景技術

碳納米點是一種新型的納米材料，由于其具有諸多獨特的優點(如化學穩定性，無光閃爍、耐光漂、無毒、優異的生物相容性)而受到越來越多的關注(Luminescent?Carbon?Nanodots:?Emergent?Nanolights，?Sheila?N.?Baker，?Gary?A.?Baker，Angew.?Chem.?Int.?Ed.，2010，49，6726)。具有熒光特性的碳納米點在生物成像、激光、光電器件等領域具有潛在的應用。

碳納米點可以通過多種方法進行制備，如激光消融法、電化學法、電弧放電法、熱解法、超生和微波法。在這些方法中，微波法由于成本低、相對環保而受到推重。微波法可以迅速提高反應物的溫度，加快反應速度和熱解速度，可以實現熱解法的效果并大幅縮短制備時間。熱解法和微波法制備碳納米點通常以含多羧基或多羥基的有機化合物為原材料，例如，文獻(Microwave?synthesis?of?fluorescent?carbon?nanoparticles?with?electrochemiluminescence?properties，Hui?Zhu,?Xiaolei?Wang,?Yali?Li,?Zhongjun?Wang,?Fan?Yang，Xiurong?Yang，Chem.?Commun.，2009，51)，以葡萄糖和果糖等糖類衍生物為原料，通過微波法制備碳納米點；文獻(Microwave?assisted?one-step?green?synthesis?of?cell-permeable?multicolor?photoluminescent?carbon?dots?without?surface?passivation?reagents，Xiaohui?Wang，Konggang?Qu，Bailu?Xu，Jinsong?Ren，Xiaogang?Qu，J.?Mater.?Chem.，2011，21，244)，以甘油為原料，通過微波法制備碳納米點；文獻(Tuning?of?photoluminescence?on?different?surface?functionalized?carbon?quantum?dots，Sourov?Chandra，Shaheen?H.?Pathan，Shouvik?Mitra，Binita?H.?Modha，Arunava?Goswami，Panchanan?Pramanik，RSC?Adv.,?2012，2，3602)，以殼聚糖、海藻酸和淀粉為原料，通過微波法制備碳納米點。

為了獲得具有熒光特性的碳納米點，通常需要引入含有聚合物鏈的表面鈍化修飾劑。例如，文獻(Microwave?synthesis?of?fluorescent?carbon?nanoparticles?with?electrochemiluminescence?properties，Hui?Zhu,?Xiaolei?Wang,?Yali?Li,?Zhongjun?Wang,?Fan?Yang，Xiurong?Yang，Chem.?Commun.，2009，51)，以葡萄糖和果糖等糖類衍生物為原料，在無表面鈍化修飾劑的情況下，通過微波法制備的碳納米點表現出很弱的熒光，當加入聚乙二醇(平均分子量200)作為表面鈍化修飾劑后，通過微波法制備的碳納米點表現出增強的熒光顯現，熒光量子效率3%-6%。但含有聚合物鏈的表面鈍化修飾劑的成本較高，且殘留的含有聚合物鏈的表面鈍化修飾劑不易除去。碳納米點在稀溶液狀態可以具有好的分散特性，表面鈍化的碳納米點的稀溶液可以表現出較強熒光特性。而在聚集態下，材料納米尺寸效應消失，會表現出強的熒光淬滅現象，極大地限制了該類材料在固態發光體系中的應用。現有技術中還沒有同時具有制備成本低、制備方法簡單、環保，固態體系中表現出高熒光量子產率、并可以應用到日常生活中的碳納米點。

發明內容

本發明的目的在于降低熒光碳納米點的制備成本，拓寬碳納米點的應用領域，提供一種碳納米點及其制備方法與應用。

本發明提供一種碳納米點，該碳納米點是以含多羧基或多羥基的有機化合物為原料，或以氨基酸為原料，以尿素為表面鈍化劑制備而成的，步驟如下：

①尿素與含多羧基或多羥基的有機化合物，或氨基酸按質量比0.1:1-4:1配制成水溶液；

②將①所制備的水溶液通過微波加熱反應獲得棕黑色固體；

③將棕黑色固體經真空加熱，除去殘留的小分子化合物，即得到碳納米點。