[發(fā)明專利]熒光富氮量子點的制備方法及其產品和用途

有效

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• 申請日: 2015-01-26
• 公開（公告）號: CN104694120B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設計）人: 湯新景;陳修賢
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C09K11/06;D06P1/00;C09D11/17
• 代理公司: 北京思元知識產權代理事務所(普通合伙)11598
• 代理人: 余光軍

技術領域

本發(fā)明涉及一種新型量子點的制備方法及其產品，尤其涉及一種高含氮量熒光氮量子點的制備方法以及由該方法制備得到的量子點產品，本發(fā)明進一步涉及該高含氮量熒光碳量子點在制備成熒光標示材料應用于生命科學、材料科學、物理科學、化學科學等研究領域中的用途，屬于量子點的制備和應用領域。

背景技術

近年來，量子點越來越受科研工作者們的關注。量子點粒徑較小，粒徑范圍一般在1～20nm，其電子和空穴被量子限域，因而表現出許多獨特的物理性質，其中以其優(yōu)異的光學性質最為突出。由于量子點具有一般有機熒光染料無法比擬的獨特的熒光光譜性能，如：無光漂白性，較寬的激發(fā)波長范圍，發(fā)射波長可控等，已引起生命科學領域研究者的極大興趣。但熒光量子點中所含重金屬具有潛在的長期毒性及環(huán)境污染，熒光碳量子點的發(fā)現則很好的彌補了這一缺陷。

碳量子點具有杰出的生物安全性和生物相容性，同時具備了量子點獨特的光學性質，現已被廣泛用于生命科學、材料科學、物理科學、化學科學等熱點研究領域。碳量子點合成包括激光消融法、燃燒法、電化學法、水熱法、超聲法、微波法、紫外照射法等方法。上述碳量子點合成方法中反應條件均較劇烈并需要強酸或強堿氧化，且未經修飾的碳點量子效率低，反應原料不夠單一，反應較難重復等。此外，碳量子點合成過程中起始原料均為石墨或有機分子且組分復雜，對于碳點的形成機制研究增添了很大難度，有待改進。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的之一是提供一種反應條件溫和、原料單一、反應可控且重復性好的熒光富氮量子點的方法；

本發(fā)明的目的之二是提供一種由所述方法制備得到熒光富氮量子點，該熒光富氮量子點具有較高的氮含量、水溶性好且熒光性質優(yōu)良。

本發(fā)明的目的之三是將所制備的熒光富氮量子點制備成熒光標示材料應用于生命科學、材料科學、物理科學、化學科學等研究領域。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術方案來實現的：

本發(fā)明首先提供了一種熒光富氮量子點的制備方法，該方法包括：

(1)將式Ⅰ所示的化合物溶于甲醇或水等溶劑中進行加熱反應；或者將式Ⅰ所示的化合物溶于甲醇或水等溶劑中進行光照反應；

其中，X為氮；Y為氮、硫、氧或硒；Z為碳或氮；

(2)除去反應產物中的甲醇，干燥；除去干燥產物中的反應原料，再干燥；干燥產物加水重分散得到水溶液；(3)將水溶液過濾膜，濾液真空冷凍干燥，得到粗品富氮量子點。

優(yōu)選的，所述式Ⅰ化合物為2-疊氮咪唑、2-疊氮苯并咪唑或3-疊氮吡唑；

為了達到更好的效果，優(yōu)選的，步驟(1)中將2-疊氮咪唑、2-疊氮苯并咪唑或3-疊氮吡唑溶于甲醇中至其終濃度為3～10mg/ml；

步驟(1)中所述的加熱反應的反應溫度優(yōu)選為50-100℃，更優(yōu)選為70℃；所述的加熱反應時間優(yōu)選為12-48小時，更優(yōu)選為24小時；如選用光照反應，所述的光照反應在以下條件下進行：光照波長300-400nm，光照時間30-120分鐘；優(yōu)選的，光照波長為365nm，光照時間為30-60分鐘。

步驟(2)中優(yōu)選采用減壓旋轉蒸發(fā)的方式和冷凍干燥的方法除去反應產物中的溶劑；

步驟(3)中優(yōu)選將水溶液依次過0.8μm、0.45μm及0.22μm的濾膜。

為了解決粗品富氮量子點粒徑分布不均的問題，本發(fā)明利用排阻色譜法成功分離出三種光學性質不同的三種組分(N-dot1、N-dot2、N-dot3)，含氮量最高可達34.48％。分離所得三組分后經FTIR，HRTEM，AFM及詳細的光學性質檢測，三組分的性能得到進一步的表征及驗證。

為此，本發(fā)明提供了三種光學性質不同的熒光富氮量子點，分別為：

第1種組分(N-dot1)：熒光富氮量子點的粒徑分布范圍為2.07±0.61nm，氮元素含量為18.92％，碳元素含量為21.75％，氫元素含量為3.34％

第2種組分(N-dot2)：熒光富氮量子點的粒徑分布范圍為4.62±0.64nm，氮元素含量為31.21％，碳元素含量為31.12％，氫元素含量為3.85％；

第3種組分(N-dot3)：熒光富氮量子點的粒徑分布范圍為5.39±0.80nm，氮元素含量為34.48％，碳元素含量為24.51％，氫元素含量為4.72％。

此外，X射線衍射證明上述三種熒光富氮量子點的衍射峰較寬且最大峰值均在23°左右，表明N-dot1、N-dot2和N-dot3具有相似的結晶的核和無定型表面結構。