[發明專利]一種鈷離子摻雜碳量子點的制備及得到的碳量子點與應用

有效

• 申請號: 201810054717.2
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108251107B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 王銳;魏建斐;李海闊;袁野
• 申請（專利權）人: 北京服裝學院
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;G01N21/64
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 范國鋒;劉冬梅

本發明公開了一種鈷離子摻雜碳量子點的制備及得到的碳量子點與應用，其中，將碳源、氮源和鈷源分散于有機溶劑中，進行溶劑熱反應，得到所述鈷離子摻雜碳量子點；其中，所述制備方法簡單，無需引入復雜的官能團進行有機反應，而僅是簡單的混合加熱反應，適用于工業應用；并且，得到的鈷離子摻雜碳量子點具有非常高的熒光量子產率，最高可達93％；同時，鈷離子摻雜碳量子點在有機溶劑中熒光性能良好，但在加入少量水后熒光強度即有明顯淬滅，因此可用于有機溶劑中水含量的檢測，檢測限可到0.01％。

技術領域

本發明涉及納米熒光材料領域，尤其涉及碳量子點，特別地，涉及鈷離子摻雜碳量子點的制備及得到的碳量子與應用。

背景技術

隨著納米技術的快速發展，新型納米熒光材料以其制備簡單、耐光漂白、靈敏度高、動態范圍廣等優勢而被廣泛應用于細胞標記、細胞成像、醫療診斷、分析檢測等領域。新型納米熒光材料主要包括兩大類：半導體量子點和碳量子點，其中碳量子點具有與半導體量子點相似的熒光性能，同時還具有半導體量子點所不具有的毒性低及生物相容性好的優點，因此受到廣泛關注。

碳量子點是指以碳元素為主要成分的在尺寸上小于10nm的類球形的納米顆粒。截止目前，研究人員以不同的碳單質及有機物為前驅體采用不同的制備方法制備出了性能各異的熒光碳量子點。理論上講，只要含有碳元素就可以作為碳量子點的前驅體，煤，蘋果，樹葉，頭發，面粉，蛋殼膜，豆漿，果汁等均可以用于制備碳量子點。碳量子點的制備方法主要包括“自上而下”和“自下而上”兩種方法。所謂“自上而下”法指的是將大塊碳材料通過電弧切割、激光消融等方法打碎成10nm以下的碳材料；而“自下而上”法則是選取不同的小尺寸前驅體，經化學反應慢慢長大成10nm以下的碳納米顆粒。

但是，在現有的制備方法中，普遍存在碳量子點的量子產率低的問題，這在一定程度上限制了碳量子點的應用。

發明內容

為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，采用碳源、氮源和鈷源在有機溶劑中反應，得到一種鈷離子摻雜碳量子點，所述鈷離子摻雜碳量子具有尺寸均一、熒光量子產率高(最高可達93％)的優點，并且，所述鈷離子摻雜碳量子點在有機溶劑中熒光性能良好，但在加入少量水后熒光強度即有明顯淬滅，因此可用于有機溶劑中水含量的檢測，從而完成本發明。

本發明的目的之一在于提供一種鈷離子摻雜碳量子點的制備，具體體現在以下幾個方面：

(1)一種鈷離子摻雜碳量子點的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟：

步驟1、將碳源、氮源和鈷源加入有機溶劑中，形成前驅體溶液；

步驟2、將步驟1所述前驅體溶液置于反應釜中，進行反應，優選反應結束后冷卻；

步驟3、進行后處理，得到鈷離子摻雜碳量子點。

(2)根據上述(1)所述的制備方法，其中，在步驟1中，所述碳源選自含碳元素的有機物；優選地，所述碳源選自含有-COOH和/或-COONa的有機物，例如含-COONa的有機物；更優選地，所述碳源選自檸檬酸鈉、檸檬酸、草酸和草酸鈉中的一種或幾種，例如檸檬酸鈉。

(3)根據上述(1)或(2)所述的制備方法，其中，在步驟1中，所述氮源選自含氮元素的有機物，優選選自乙二胺和/或尿素，例如尿素。

(4)根據上述(1)至(3)之一所述的制備方法，其中，在步驟1中，所述鈷源選自鈷離子鹽類，優選選自氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷和醋酸鈷中的一種或幾種，例如氯化鈷。

(5)根據上述(1)至(4)之一所述的制備方法，其中，在步驟1中，所述有機溶劑選自苯、甲苯、二甲苯、乙醇、四氫呋喃和四氯化碳中的一種或幾種，優選選自苯、甲苯和二甲苯中的一種或幾種，例如甲苯。

(6)根據上述(1)至(5)之一所述的制備方法，其中，在所述前驅體溶液中，