[發明專利]一種具有上下轉換熒光的碳點的綠色合成方法

有效

• 申請號: 201310191704.7
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103265952A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 張友玉;尹幫達;龍倩;彭雪;李海濤;劉美玲;姚守拙
• 申請（專利權）人: 湖南師范大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C01B31/02;G01N21/64
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域

本發明屬于熒光碳點的制備領域，具體涉及一種碳點的綠色合成方法。

背景技術

熒光碳點作為一種新型熒光納米材料，由于其好的水溶性、固有的化學惰性、簡單的化學修飾、較高的耐光漂白性、低毒性和很好的生物相容性使得碳點受到研究者的重視。近年來很多的方法，比如電化學氧化、水熱、酸熱解、模板制備、微波、超聲、電弧放電和激光蝕刻等均被用于合成熒光碳點。大部分合成方法其合成設備及材料的昂貴、操作的復雜、副產物的非環保性限制了其工業化生產和在各個領域的廣泛應用。其中水熱法操作簡單、過程可控、條件溫和被公認為是最佳的合成方法。利用水熱法合成碳點的方法中大多是采用含碳的小分子為原料，或者在水熱過程中添加一些其他物質，比如酸、堿、無機鹽或者有機溶劑來改變水熱環境從而得到較好性質的碳點。近來以綠色原料作為碳源合成熒光碳點成為研究的焦點，因為以綠色原料為碳源合成碳點具有低成本、綠色環保等優點。目前，Lu及其課題組成員使用柚子皮作為碳源合成藍色熒光碳點并用其作為熒光探針實現對Hg²⁺的靈敏檢測；Sahu?等在乙醇溶劑中熱解橘子汁得到高強度熒光碳點；Zhou?等通過一步水熱法由西瓜皮也獲得了量子產率為7.1%的熒光碳點。然而，這些綠色合成方法所獲的碳點其較低的熒光量子產率和使用無機物等輔助劑或有機溶劑；其光的單一性以及對pH的敏感性等限制了其在化學、環境、生物及生命科學中的廣泛應用，且這些方法合成的碳點未見報道其具備上轉換功能。

上轉換發光是基于雙光子或多光子過程,?發光中心相繼吸收兩個或者多個光子,?經過無輻射弛豫達到發光能級,?從而躍遷至基態產生短波長光子，?即將低頻率激發光轉換成高頻率發射光。近紅外光作為其激發源也帶來了許多優勢，如較深的光穿透深度、對生物組織幾乎無損傷、生物組織不會發光(無背景熒光)等。傳統的上轉換發光材料主要是基于稀土離子摻雜所得微米或納米粒子。但是該上轉換材料是基于稀土金屬，其合成過程操作繁瑣，所得材料顆粒較大且合成之后大多需要修飾，因此增加了應用的操作復雜性。相對稀土上轉換材料而言，具有上轉換熒光性質的碳點合成簡單，粒子只有幾個納米，不需要后修飾；同時碳點綠色環保，具有更小的毒性。因此，碳點的上轉換熒光具有廣闊的應用空間。

現有碳點的合成方法大多需要前處理等幾步操作、使用強酸或者表面鈍化劑來輔助合成。因此，其合成方法使用的設備昂貴，操作復雜，副產物污染嚴重；合成的碳點發光穩定性差，光學性質易受外界的干擾且發光單一。且目前以綠色廉價原料為碳源水熱合成的碳點大多不具有上轉換性質或者其上轉換熒光性質較差，并且基于其上轉換熒光的分析應用還未見報道。因此有必要尋找一種簡單的、以廉價的原料為碳源來合成具有上下轉換功能的熒光碳點的方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明旨在提供一種以廉價原料為碳源，以水為溶劑，綠色合成具有上下轉換性質的熒光碳點。該方法合成步驟簡單，不需要前處理操作，不需要使用強酸或者表面鈍化劑來輔助合成，原料廉價易得，合成條件溫和可控，綠色環保，熒光量子產率高，光耐漂白性和穩定性好。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種具有上下轉換功能的熒光碳點的合成方法，具體步驟為：

1）將辣椒片加入水中，其中辣椒片與水的質量比例為：辣椒片:水=1-8:1，均勻混合，得混合物；

2）將混合物轉移至水熱釜內，于120℃-200?℃下水熱2?h?-10?h；

3）冷卻，過濾，得到棕色液體，將棕色液體離心10-20?分鐘后取上清液，將上清液用截留量為3500透析袋透析，收集隨透析10-30小時后的透出液，即得熒光碳點。

步驟1）所述辣椒片與水的質量比例優選為：辣椒片:水=2-?4:?1。

步驟2）優選在170℃?-?190℃下水熱4-6h。

步驟2）優選在180℃下水熱5h。

步驟3）優選將上清液用截留量為3500透析袋透析，收集隨透析20小時后的透出液。

相對于現有的以廉價原料為碳源水熱法合成碳點的方法而言，本方法不采用任何添加劑和使用有機和無機試劑，僅僅采用辣椒和水作為反應物，通過優化水熱時間、水熱溫度、原料與水的比來獲得優異性質的碳點。所得碳點其熒光量子產率和上轉換性質優于大多以生物材料為碳源合成的碳點。