[發(fā)明專利]一種具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點、制備方法及其用途

有效

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• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104312582A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設計）人: 徐泉;趙駿剛;徐泓;周紅軍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;G01N21/64
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯瀟瀟

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料領域，涉及一種硫摻雜碳量子點、制備方法及其用途，具體涉及一種具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點、制備方法及其應用。

背景技術

碳元素具有多樣的電子軌道特性(sp、sp2和sp3)，因此形成許多結構和性質(zhì)奇特的物質(zhì)，如碳納米管、富勒烯、納米金剛石、石墨烯及氧化石墨烯等。2004年Scrivens等在提純電弧放電法制備的單壁碳納米管時，意外分離出了碳量子點，開拓了新型熒光敏感材料的新紀元。

發(fā)光碳量子點(Carbon?dots，CDs)是以碳為骨架結構的尺寸小于10nm的類球形的納米顆粒，不僅具有傳統(tǒng)半導體量子點所具有的光學性能，還具有低毒和良好的生物相容性以及廉價易得等優(yōu)點，在生物標記、光電子器件、生物傳感、熒光探針生物檢測、金屬陽離子和陰離子的生化分析和光催化等領域都體現(xiàn)出重要的應用價值。因此碳量子點一問世，就備受關注。出色的光學性質(zhì)和低毒特性使碳量子點成為最具應用前景的環(huán)境友好型納米材料，其可應用于生物醫(yī)學領域。

碳元素含量豐富，是地球上所有已知生命的基礎，其單質(zhì)和化合物種類繁多，研究人員采用不同的碳單質(zhì)及化合物作為碳源制備出了性能各異的熒光碳量子點。合成方法主要分為“自上而下”和“自下而上”兩種途徑。但是，采用不同的原料作為碳源合成出的碳量子點很多熒光很弱，甚至是沒有熒光。為了提高所得碳量子點的發(fā)光強度，拓寬其在細胞標記等領域的應用，選擇合適碳源和有效提高發(fā)光強度的制備方法，簡易制備水溶性好和發(fā)光強度高的碳量子點意義重大，其中元素摻雜是提高熒光強度一種有效的方法。在摻雜的碳量子點中，目前的研究主要集中在氮元素摻雜的碳量子點上，而其他雜原子摻雜的碳量子點的制備、性質(zhì)及其應用則鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明的目的在于通過摻雜硫原子來改變碳量子點內(nèi)部的能帶結構，從而制備一種具有高熒光量子產(chǎn)率的碳量子點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點的制備方法，所述方法為水熱法，包括以下步驟：

(1)將碳源和硫源溶解于水中，得到前驅(qū)體溶液；

(2)將前驅(qū)體溶液在水熱反應釜中反應6h，然后自然冷卻至室溫得懸濁液；

(3)分離懸濁液，得到溶液；

(4)將溶液干燥，得到具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點。

本發(fā)明利用水熱法一步合成得到具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點。

優(yōu)選地，所述碳源為檸檬酸鈉。

優(yōu)選地，所述硫源為硫代硫酸鈉。

優(yōu)選地，所述前驅(qū)體溶液中檸檬酸鈉的濃度為0.1mol/L，硫代硫酸鈉的濃度為0.1～0.8mol/L，優(yōu)選0.3mol/L。即，所述檸檬酸鈉和硫代硫酸鈉的摩爾比為1:1～1:8，例如為1:1、1:2、1:3、1:4或1:8等，優(yōu)選為1:3。如果檸檬酸鈉與硫代硫酸鈉的摩爾比在1:1以下，其熒光強度不會有明顯的增加；如果檸檬酸鈉溶液與所述硫代硫酸鈉溶液的摩爾比大于1:5后，熒光強度會稍微下降，摩爾比為1:3時，熒光強度出現(xiàn)峰值。本發(fā)明優(yōu)選所述檸檬酸鈉與硫代硫酸鈉的摩爾比為1:3，以確保擁有最佳的熒光效果。

所述溶解即完全溶解。

所述水熱反應釜為聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜。

優(yōu)選地，所述反應溫度為140～240℃(例如為140℃、160℃、180℃、200℃、220℃或240℃等)，在該溫度范圍內(nèi)均能合成具有熒光性能的硫摻雜碳量子點。

優(yōu)選地，所述反應時間為3h以上，例如為4h、5h、5.5h、6h或7h等，優(yōu)選為6h。

優(yōu)選地，采用圓筒形膜分離過濾器進行分離。

優(yōu)選地，所述圓筒形膜分離過濾器為截留分子量3kDa、5kDa、10kDa或30kDa中的任意一種或者至少兩種的組合。

優(yōu)選地，所述干燥在真空條件下進行，干燥溫度為100～120℃，干燥時間為12h。

一種具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點的制備方法，該方法可實現(xiàn)70％的熒光量子產(chǎn)率，具體包括以下步驟：

(1)將檸檬酸鈉和硫代硫酸鈉溶解于水中，得到前驅(qū)體溶液；

(2)將前驅(qū)體溶液在水熱反應釜中反應6h，然后自然冷卻至室溫得懸濁液；

(3)分離懸濁液，得到溶液；

(4)將溶液干燥，得到具有高熒光量子產(chǎn)率的硫摻雜碳量子點；

其中，所述前驅(qū)體溶液中檸檬酸鈉的濃度為0.1mol/L，硫代硫酸鈉的濃度為0.3mol/L。