[發明專利]一種熒光碳納米粒子及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810573777.5
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108865123A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 楊蓉;張雨飛;韓秋森;劉學良;王新環;王琛
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;C01B32/15;G01N21/31
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種熒光碳納米粒子及其制備方法和應用。該熒光碳納米粒子的制備方法包括如下步驟：將石墨靶材置于乙醇中，使用脈沖激光燒蝕所述石墨靶材，取出所述石墨靶材后得到所述熒光碳納米粒子的溶液；所述脈沖激光的脈沖能量為30～400mJ，優選為50～150mJ。本發明使用激光液相法在乙醇中制備超細熒光碳納米粒子，無需使用酸或PEG等后處理即可獲得具有熒光性質的碳納米粒子，操作簡單，反應迅速，是一種綠色的制備發光碳納米粒子的方法。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，更具體地，涉及一種熒光碳納米粒子及其制備方法和應用。

背景技術

碳納米粒子屬于碳材料中的一種，具有來源廣泛，價格低廉，綠色環保，生物相容性高等優勢，被廣泛應用于傳感、載藥、成像、生物醫學等方向。碳納米粒子可具有優異的光學性能，與傳統的量子點相比，更易于合成并且毒性小，成為一種潛在的化學發光材料。

制備碳納米粒子的方法有很多，如弧光放電法、水熱法、電化學氧化法、濃酸氧化法等。但是使用這些化學合成法制備具有熒光性質的碳量子點，往往需要使用酸或PEG等后處理，有反應復雜、耗時較長等缺點。

使用激光液相燒蝕法制備的碳量子點，反應簡單迅速，可在較短的時間內合成性能優異的碳量子點。現有技術中，使用激光液相反應法時，有些碳納米粒子產物不直接具備發光特性，也需要結合化學后處理后獲得發光性質；也可根據所選溶劑的不同來直接獲得具有熒光性質的碳納米粒子，但在激光液相反應法的過程中，往往很難獲得具有單一結構的碳納米粒子，所制備的碳納米粒子中往往還存在如碳納米片等其他碳結構。

綜上所述，如何在現有研究基礎上，研究開發一種可直接具有熒光性質且具有碳納米粒子結構的超細熒光納米粒子的制備方法，具有重要的理論和實際意義。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種熒光碳納米粒子的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

將石墨靶材置于乙醇中，使用脈沖激光或連續激光燒蝕所述石墨靶材，取出所述石墨靶材后得到所述熒光碳納米粒子的溶液；所述脈沖激光的脈沖能量為30～400mJ。

在上述反應過程中，脈沖激光燒蝕石墨靶材時形成含有碳原子、分子、離子等的離子體羽并處于高溫、高壓、高密度狀態。脈沖激光衰減后，等離子體羽中高溫、高壓、高密度迅速減弱，等離子體羽中物質相互作用碰撞成核，并進入到乙醇中與乙醇相互作用，生成C-H、C＝O鍵等官能團，從而生成具備熒光性質的超細碳納米粒子。

在本發明一個優選實施方式中，優選使用脈沖激光進行燒蝕。

其中，所述脈沖激光的脈沖能量優選為30～400mJ，進一步優選為50～150mJ。

在本發明一個優選實施方式中，所述脈沖激光的輸出電壓為500～600V。進一步優選地是，所述脈沖激光的輸出電壓為540～560V。在上述優選的輸出電壓范圍即能保證低耗能，又能保證合成性能優良的碳納米粒子。

在本發明一個優選實施方式中，上述脈沖激光的焦距為5～25cm，優選為7～18cm。優選脈沖激光的焦距值可在保證整個反應裝置的搭建具有可行性的同時減少能量的損失。

在本發明一個優選實施方式中，上述脈沖激光的波長為266-1064nm，優選為530～540nm，進一步優選為532nm。優選脈沖激光處于綠光波段，能量穩定，便于操作。

在本發明一個優選實施方式中，上述脈沖激光的脈沖頻率為5～100Hz，優選為10～20Hz，進一步優選為10Hz。優選激光脈沖頻率較低，易于獲得較高脈沖能量。

在本發明一個優選實施方式中，所述乙醇的體積為2～10mL，優選為4～8mL。

在本發明一個優選實施方式中，所述脈沖激光的燒蝕時間為5～60min，優選為10～25min。