[發明專利]一種具有高熒光量子產率的金屬錳摻雜碳量子點及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710083210.5
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106893585B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 蔡璐璐;閆峻峰;龍恩武;何林;鐘建
• 申請（專利權）人: 四川省人民醫院
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C09K11/06;G01N21/64;C02F1/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 熊曉果

本發明提供了一種具有高熒光量子產率的金屬錳摻雜碳量子點制備方法，包括以下步驟，（1）將碳源和錳源溶解于水中，得到前驅體溶液；（2）將上述前驅體溶液在水熱反應釜中反應，然后冷卻至室溫得懸濁液；（3）分離上述懸濁液，得到溶液；（4）將上述溶液透析干燥，得到金屬錳摻雜碳量子點。本發明在制備金屬錳摻雜碳量子點時只需一步反應，不僅成本低，反應速度快，而且副產物和中間產物少；同時所得碳量子點具有高熒光量子產率的特點，同時能夠應用在生活飲用水中痕量Hg²⁺的檢測，在生物檢測和污水處理等方面也具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，具體涉及一種具有高熒光量子產率的金屬錳摻雜碳量子點及其制備方法和應用。

背景技術

自2004年Xu等在電泳實驗中偶然發現納米熒光物質，首次報道了熒光碳量子點以來，碳量子點激起了許多研究者的興趣，這主要是因為碳量子點具有原料來源易得、制作成本低、合成時間短、反應快速、細胞毒性低、生物相容性良好、環境危害小等優點；從而可以作為半導體量子點的替代物。

碳量子點較好的光學性能和熒光穩定性成功的運用在在離子檢測、污水處理、細胞成像等領域；近幾年研究者們借助碳量子點的能帶結構和紫外可見吸收等性質將它在降解有機染料、燃料電池等方面也獲得了較大的研究成果，同時它將在光催化產氫等方面也有廣闊的應用前景。

碳量子點合成方法主要分為自上而下和自下而上，其中自上而下方法主要包括電弧放電法、激光刻蝕法、激光刻蝕法，它是將納米金剛石、石墨、碳納米管、活性炭、氧化石墨等大顆粒物通過上述三種方法合成出直徑小于10nm的球形納米顆粒物；自下而上方法主要有微波法、熱解燃燒法、模板法、超聲波法和水熱合成等，它的合成主要是將檸檬酸鹽、碳水化合物等鹽溶液通過以上五種方法合成出納米顆粒物。

水熱合成碳量子點具有成本低，安全性高，水溶性好，分散均勻等特點在合成方法的選取上被人們廣泛的采納。目前水熱法研究主要集中在非金屬元素摻雜合成碳量子點：即氮摻雜、硫摻雜、磷摻雜等，而金屬摻雜合成碳量子點報道較少。研發金屬摻雜碳量子點已成為目前亟待解決的問題，而錳金屬元素具有價態多，有利于價態到導帶的傳導過程，這將有助于合成高量子產率，強熒光效果，紫外-可見吸收效果佳的碳量子點，有望應用在光催化領域。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中所存在金屬摻雜碳量子點產率低的上述不足，提供一種具有高熒光量子產率的金屬錳摻雜碳量子點。本發明通過錳原子摻雜來改變碳量子點內部的能帶結構，從而制備得到一種具有高熒光量子產率的碳量子點，并將其用于Hg²⁺檢測

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種金屬錳摻雜碳量子點的制備方法，所述方法包括以下步驟：

（1）將碳源和錳源溶解于水中，得到前驅體溶液；

（2）將上述前驅體溶液在水熱反應釜中反應，然后冷卻至室溫得懸濁液；

（3）分離上述懸濁液，得到溶液；

（4）將上述溶液透析干燥，得到金屬錳摻雜碳量子點。

本發明采用水熱法進行錳摻雜碳量子點的制備，其只需一步反應，反應速度較快，而且副產物和中間產物極少，原料用量極少，成本低。本發明中，由于錳等金屬元素的電子軌道特性，較硫、氮等非金屬元素有更加活躍的最外層移動電子，易發生金屬性質改變，能夠使制得的碳量子點具有更高的熒光量子產率，該碳量子點的發光強度更高。

優選地，本發明中，步驟（1）所述碳源為檸檬酸鈉和/或檸檬酸，所述錳源為碳酸錳。