[發(fā)明專利]一種摻氮高致發(fā)光的碳量子點(diǎn)及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103923647A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐泉;劉嘯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（北京）
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 侯桂麗;楊晞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種摻氮高致發(fā)光的碳量子點(diǎn)及其制備方法

背景技術(shù)

量子點(diǎn)(quantumdots，QDs)又可稱為納米晶，是由有限數(shù)目的原子組成，三個維度尺寸均在納米數(shù)量級。量子點(diǎn)一般為球形或類球形，是一種由II－VI族或III－V族元素組成的、穩(wěn)定直徑在2～20nm的納米粒子。量子點(diǎn)是在納米尺度上的原子和分子的集合體，既可由一種半導(dǎo)體材料組成，如由II、VI族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或III、V族元素(如InP、InAs等)組成，也可以由兩種或兩種以上的半導(dǎo)體材料組成，如CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdSe/ZnS等。

作為一種新穎的半導(dǎo)體納米材料，量子點(diǎn)具有許多獨(dú)特的納米性質(zhì)。如量子點(diǎn)具有很好的光穩(wěn)定性。量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度比最常用的有機(jī)熒光材料“羅丹明6G”高20倍，它的穩(wěn)定性更是“羅丹明6G”的100倍以上。因此，量子點(diǎn)可以對標(biāo)記的物體進(jìn)行長時(shí)間的觀察，這也為研究細(xì)胞中生物分子之間長期相互作用提供了有力的工具。另外，由于電子和空穴被量子限域，連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成具有分子特性的分立能級結(jié)構(gòu)，受激后可以發(fā)射熒光。總之，基于量子效應(yīng)，量子點(diǎn)在太陽能電池，發(fā)光器件，光學(xué)生物標(biāo)記等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

碳量子點(diǎn)是2004年由美國克萊蒙森大學(xué)的科學(xué)家首次制造的新型的納米材料。與各種金屬量子點(diǎn)類似，碳量子點(diǎn)在光照的情況下可以發(fā)出明亮的光。它在包括改進(jìn)生物傳感器、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備和微小的發(fā)光二極管的很廣的領(lǐng)域中都有應(yīng)用前景。而且，由于其高化學(xué)穩(wěn)定性、低毒性、高產(chǎn)率和生物相容性引起了研究者的廣泛關(guān)注。碳量子點(diǎn)具有替代有毒的金屬量子點(diǎn)的潛力，在細(xì)胞標(biāo)記、醫(yī)療診斷、生物圖像和催化等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。

目前，碳量子點(diǎn)的制備方法有很多，報(bào)道的有高溫高壓切除法、蠟燭燃燒法、電化學(xué)掃描法，但通常制備出的是無熒光碳納米顆?；驘晒庑阅茌^差的碳量子點(diǎn)。為了提高所得碳量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度，拓寬其在細(xì)胞標(biāo)記等領(lǐng)域的應(yīng)用，選擇合適碳源和有效提高發(fā)光強(qiáng)度的制備方法，簡易制備水容性好、發(fā)光強(qiáng)度高的碳量子點(diǎn)意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度較弱的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種低毒性、高穩(wěn)定性，且發(fā)光強(qiáng)度高的水溶性摻氮碳量子點(diǎn)及其制備方法。

為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種摻氮高致發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

(1)以檸檬酸鈉溶液為碳源，再加入乙二胺，溶解得到前驅(qū)體溶液；

(2)將步驟(1)所得前驅(qū)體溶液置于反應(yīng)釜中，密封后反應(yīng)，冷卻至室溫得懸濁液；

(3)分離步驟(2)所得懸濁液；

(4)干燥步驟(3)所得分離后的溶液，得到所述摻氮高致發(fā)光的碳量子點(diǎn)。

本發(fā)明是通過摻雜來改變碳量子點(diǎn)內(nèi)部能帶結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)制備高致發(fā)光的碳量子點(diǎn)。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的制備方法，步驟(1)所述檸檬酸鈉溶液濃度為0.2-1.0mol/L，例如為0.35mol/L、0.44mol/L、0.53mol/L、0.70mol/L、0.85mol/L、0.96mol/L等，優(yōu)選為0.5mol/L。

優(yōu)選地，步驟(1)所述檸檬酸鈉溶液與所述乙二胺的體積比為100:0.5-5，例如為100:0.9、100:1.5、100:2.4、100:4、100:4.8等，優(yōu)選為100:1-3。如果檸檬酸鈉溶液與所述乙二胺溶液的體積比低于100:0.5，熒光強(qiáng)度增加不明顯，如果檸檬酸鈉溶液與所述乙二胺溶液的體積比大于100:5后，熒光強(qiáng)度也不再明顯增加。因此，本發(fā)明選擇檸檬酸鈉溶液與所述乙二胺溶液的體積比為100:0.5-5，既可以使得熒光強(qiáng)度有顯著增加，又使得原料成本最小化。

優(yōu)選地，步驟(1)所述溶解通過攪拌進(jìn)行完全溶解。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的制備方法，步驟(2)所述反應(yīng)釜為不銹鋼高壓釜，優(yōu)選為聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜。

優(yōu)選地，步驟(2)所述反應(yīng)的溫度為100-300℃，例如為110℃、130℃、160℃、180℃、220℃、270℃等，優(yōu)選為150-240℃；反應(yīng)的時(shí)間為3h以上，例如為4h、5.5h、7h等，優(yōu)選為6h。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述的制備方法，步驟(3)所述分離使用過濾進(jìn)行，優(yōu)選為使用圓筒形膜分離過濾器進(jìn)行。

優(yōu)選地，所述的圓筒形膜分離過濾器為截留分子量3kDa，5kDa，10kDa或30kDa中的1種或2種以上的組合。