[發明專利]一種pH穩定的強發光的碳量子點的制備方法

在審

• 申請號: 201510749868.6
• 申請日: 2015-11-06
• 公開（公告）號: CN105219385A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 周興平;鄭楠楠;丁莎
• 申請（專利權）人: 東華大學;周興平
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C01B31/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于碳量子點的制備方法領域，特別涉及一種pH穩定的強發光的碳量子點的制備方法。

背景技術

近年來，由于傳統的熒光染料和重金屬量子點在生物標記和科研應用中，常常在苛刻的環境pH條件下發光性能嚴重受損，這就限制了這些標記物的應用范圍。因此，越來越多的研究開始關注于無機非金屬碳顆粒量子點。與傳統的生物標記物相比，碳顆粒量子點可以在較大的環境pH波動下正常使用，熒光強度以及其他各方面的光學性質均不會受到影響。因此，無機非金屬碳顆粒量子點正是目前生物標記、生物檢測、生物探針等科研應用方面的最優異的材料。

目前無機非金屬碳量子點的合成方法主要有兩種。一種是從上到下的合成方法：粉碎碳源，通過聚合物表面鈍化的方式使其有效發光，主要包括電弧放電法、激光法、電化學法、機械粉碎、球磨或化學氧化。這種方法制備的碳點雖然粒徑均一度較高，但是耗能過高，除激光灼燒法之外其他方法制備的碳點熒光產率都較低。另外一種方法是從下到上的合成方法：熱解或碳化合適前驅物直接合成熒光碳量子點，包括灰燼的氧化或腐蝕法、熱解有機物法、微波合成法、超聲法、摻雜法。這些方法中大部分都由于能耗過高，污染嚴重和產品質量不好等局限限制了產品的工業化應用。因此，尋找一種能制備出發光性能優異、綠色無污染且易于工業化的方法是非常有必要的。

通過高溫熱解的方法制備熒光碳點是一種比較主流的自下而上的熒光碳點制備方法。目前已有報道的，通過微波熱解各種氨基酸來制備熒光碳點，但是存在著微波溫度不可控(存在局部過熱點)以及熒光效率不高等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種pH穩定的強發光的碳量子點的制備方法，該方法簡便易行，成本低，制備得到的碳量子點具有pH性質穩定、量子效率高以及粒徑分布均一、單分散性好等優勢。

本發明的一種pH穩定的強發光的碳量子點的制備方法，包括：

(1)將谷氨酸鈉在N₂氛圍下煅燒，得到碳點粉末；

(2)將步驟(1)中碳點溶解，超聲振蕩，過濾，烘干；

(3)將步驟(2)中烘干的產物溶解，透析，得到pH穩定的強發光的碳量子點。

所述步驟(1)中谷氨酸鈉的樣品為味精。

所述步驟(1)中煅燒的溫度為200～500℃，時間為10min～2.5h。

所述煅燒時升溫速率為10℃/min。

所述步驟(2)中溶解用的溶劑為乙醇或者水。

所述步驟(2)中超聲振蕩的時間為10～60min。

所述步驟(2)中過濾為用中速濾紙過濾。

所述步驟(2)中烘干溫度為40～90℃。

所述步驟(3)中透析為3000Da～3500Da的透析膜透析12h。

本發明中運用氨基酸鹽，即谷氨酸鈉，為碳源和氮源，在N₂保護高溫條件下，一步完成碳化和摻雜；并且在制備的碳點中引入一定量的Na原子，從而提高產物的熒光效率。由于不需要高壓條件和材料簡單易得屬于工業原料，另外無需污染性溶劑綠色環保，所以以谷氨酸鈉為原料制備熒光碳量子點可以實現工業化。通過本發明方法得到的熱解產物通過分離純化透析處理后，得到的碳顆粒量子點具有pH性質穩定，量子產率高發光強度高等諸多優點。這些優點為谷氨酸鈉碳量子點在生命科學、分析科學、材料科學、免疫醫學、檢驗檢疫等傳統及新興領域的應用打下了良好的基礎。

有益效果

(1)本發明的方法操作簡單方便，溫度要求不高，重復性好，成本低，綠色無污染，易于工業化生產；

(2)本發明的方法得到的量子點具有pH性質穩定、量子效率高(最大可達41.8％，以0.05M硫酸溶液配置硫酸奎標準溶液，以其激發波長313nm以及338nm處紫外吸光度小于0.05時的稀釋溶液為標準參比溶液，計算量子產率)、生物相容性好、熒光性能優異(熒光穩定性、無光眨眼和優異的pH特性)、粒徑分布均一、單分散性好等優勢。

附圖說明

圖1為實施例1熱解法制備無機非金屬碳顆粒量子點的工藝流程圖；

圖2為實施例1熱解法制備無機非金屬碳顆粒量子點的透射電鏡圖；

圖3為實施例1熱解法制備無機非金屬碳顆粒量子點的X射線衍射圖；

圖4為實施例1中熱解法制備無機非金屬碳顆粒量子點，等質量濃度的碳點溶液在不同環境pH下的熒光強度變化；

圖5為實施例2中紫外吸收和熒光復合圖譜；

圖6為實施例3中紫外吸收和熒光復合圖譜。