[發明專利]一種具有高熒光量子產率的硫、氮雙摻雜碳量子點、制備方法及其用途

有效

• 申請號: 201510056237.6
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104726098A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 徐泉;周紅軍;周穎;劉瑤
• 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;B82Y20/00;B82Y30/00;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

本發明屬于納米材料領域，涉及一種硫、氮雙摻雜碳量子點、制備方法及其用途，具體涉及一種具有高熒光量子產率的硫、氮雙摻雜碳量子點、制備方法及其用途。

背景技術

碳元素是地球上所有已知生命的基礎，在現代科技發展中擁有舉足輕重的作用。碳元素具有多樣的電子軌道特性(sp、sp2和sp3)，所以形成許多結構和性質奇特的物質，如碳納米管、富勒烯、納米金剛石、石墨烯及氧化石墨烯等。近年納米碳材料的發展不斷刷新成績，至2004年Scrivens等首次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，再次開拓了新型熒光敏感材料的新紀元。

發光碳量子點(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，具有優越的發光性能；與半導體量子點相比，碳量子點發光更穩定、易于功能化和工業化、無毒、制備簡單廉價，在發光材料、光電器件、綠色環保、生物醫學、金屬陽離子和陰離子的生化分析和光催化等領域都擁有重要的應用價值。因此碳量子點一問世，就受到科研人員的高度關注。出色的光學性質和低毒特性使碳量子點成為最具應用前景的環境友好型納米材料，其可應用于生物醫學領域。

碳量子點的合成方法主要有“自上而下”和“自下而上”兩種途徑。制備量子點的碳源非常廣泛，既可以是碳單質可以是化合物。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光強度的制備方法，簡易制備水溶性好和發光強度高的碳量子點仍有很大的探索空間，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硫、氮單原子元素摻雜的碳量子點上，而用單一原料進行雙原子摻雜的碳量子點的制備、性質及其應用則鮮有報道。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于通過摻雜硫、氮雙原子來改變碳量子點內部的能帶結構，并采用單一原料進行雙原子摻雜，制備一種具有高熒光量子產率的碳量子點。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種具有高熒光量子產率的硫、氮雙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)將碳源和硫氮源溶解于水中，得到前驅體溶液；

(2)將前驅體溶液在水熱反應釜中反應，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率的硫、氮雙摻雜碳量子點。

所述硫氮源即，一種化合物既作為氮源，又作為硫源。

本發明采用單一原料進行氮、硫雙原子摻雜，并利用水熱法一步合成得到具有高熒光量子產率的硫、氮雙摻雜碳量子點。

優選地，所述碳源為檸檬酸鈉。

優選地，所述硫氮源為硫酰胺。

優選地，所述前驅體溶液中檸檬酸鈉的濃度為0.1mol/L，硫酰胺的濃度為0.001～10mol/L，優選0.01mol/L。即所述檸檬酸鈉和硫酰胺的摩爾比為1:0.01～1:10，例如為1:0.01、1:0.1、1:1、1:2或1:6等，優選為1:0.1。如果檸檬酸鈉與硫酰胺的摩爾比在1:0.1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酰胺溶液的摩爾比大于1:0.1后，熒光強度急劇下降，摩爾比為1:0.1時，熒光強度出現峰值。本發明優選所述檸檬酸鈉與硫酰胺的摩爾比為1:0.1，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。

優選地，所述反應溫度為120～240℃(例如為140℃、160℃、180℃、200℃、220℃或240℃等)，在該溫度范圍內均能合成具有熒光性能的硫、氮雙摻雜碳量子點。

優選地，所述反應時間為2h以上，例如為4h、6h、8h或10h等，優選為6h。

優選地，采用圓筒形膜分離過濾器進行分離。

優選地，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率的硫、氮雙摻雜碳量子點的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將檸檬酸鈉和硫酰胺溶解于水中，得到前驅體溶液；

(2)將前驅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；