[發明專利]一種高量子產率鋅摻雜碳點的合成方法及其應用

有效

• 申請號: 202010469539.7
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111518542B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 馬凡怡;張昀;郭紫瓊;劉路;王瑞嬌;劉繡華;王登科
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/65;C09K11/54;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00;G01N21/64
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 冉珊敏

本發明屬于生物醫藥領域，特別是指一種高量子產率鋅摻雜碳點的合成方法及其應用。步驟如下：（1）前驅體的合成：將檸檬酸三鈉與氯化鋅加入水中，在pH4?6、水浴條件下，磁力攪拌5 h，然后加入無水乙醇，離心收集沉淀清洗2?4次，然后將沉淀溶于水中，經冷凍干燥得前驅體檸檬酸鋅配合物TC?Zn；（2）將步驟（1）制得的前驅體分別在100?400℃煅燒0.5?24 h，即得鋅摻雜碳點。本發明考察了煅燒時間和煅燒溫度對兩種鋅摻雜碳點熒光強度的影響，確立了Zn@C?A和Zn@C?B的最佳煅燒工藝。該制備過程簡單，產量高，適用于工業生產。

技術領域

本發明屬于生物醫藥領域，特別是指一種高量子產率鋅摻雜碳點的合成方法及其應用。

背景技術

碳點 carbon dots (CDs)自2004年首次被發現報道以來，由于其特殊的尺寸效應，相比于活性炭、石墨等常見的碳材料，產生了許多獨特的特性，如良好的水溶性、生物相容性、光穩定性、電化學發光性、高度可調諧的光致發光性等，這些特性，使得它們成為生物醫學、化學傳感器、催化、光電子等各個領域的新興研究熱點。然而，由于CDs的特殊粒徑導致容易發生聚集，引起明顯的熒光淬滅，所以CDs固體沒有熒光，只有在溶液中才能表現出熒光，這限制了CDs在光電子和光催化等領域中的應用。隨著對CDs研究的不斷深入，通過化學雜原子摻雜的方法，人們發明了越來越多的各種摻雜的CDs，以提高熒光效率和電子傳輸性能。其中一些顯示了具有可調諧發射的激發依賴性熒光發射，一些具有pH依賴的熒光發射，一些CDs具有上轉換熒光。常用的非金屬摻雜元素有氮、硼、硅、硫、磷等，由氮和硫共摻雜，盡管采用摻雜或表面鈍化技術，可以使CDs量子產率顯著增加，但絕大多數CDs的量子產率都不超過50%。相比于傳統的半導體量子點常見的大于80%的量子產率，CDs的低量子產率仍然是目前急需解決的難點。與非金屬摻雜的CDs相比，由于金屬離子對CDs有一定的猝滅作用，摻雜效率通常較低，因此金屬摻雜的CDs相關研究才剛剛起步。

人們發現通過金屬原子摻雜CDs，可以對摻雜碳點的結構和帶隙進行調節，提高光學性能，獲得各種新的功能，如Cu、Gd(III)、Ni、Eu(III)、α-Bi₂O₃、TiO₂、Cu-Al₂O₃等。然而，這些重金屬原子摻雜不僅增加了CDs的毒性，限制了其在生物學和醫學領域的應用，還增加CDs的生產成本，對環境有一定的污染。因此，研究一種具有高熒光效率和低毒性金屬摻雜的CDs，是目前研究的熱點。理想的摻雜金屬原子應該是對環境無害的，不應使摻雜的CDs產生任何毒副作用，這類金屬常見的有：鈣、鐵、鋅等。其中鋅是人體生理和生化功能中必需的基本膳食微量金屬之一。鋅缺乏會影響免疫系統，導致發育遲緩、食欲不振、皮膚粗糙、性腺機能減退、精神疲憊、反復感染等。而且，相比于鈣、鐵離子對CDs的熒光猝滅作用，鋅離子可以顯著增加CDs的熒光強度。此外，CDs常用的制備方法是溶劑熱法，在后續處理中需要大量的能量消耗，低產量和繁瑣的處理過程，使得金屬摻雜的CDs僅限于實驗室研究。

發明內容

本發明提出一種高量子產率鋅摻雜碳點的合成方法及其應用，提高了Zn金屬碳點的量子產率，且意外得到了兩種穩定性強、發光強度高、在水溶液中和固體中熒光效果好的鋅摻雜碳點。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種高量子產率鋅摻雜碳點的合成方法，步驟如下：

（1）前驅體的合成：將檸檬酸三鈉與氯化鋅加入水中，在pH4-6、水浴條件下，磁力攪拌5 h ，然后加入無水乙醇，離心收集沉淀清洗2-4次，然后將沉淀溶于水中，經冷凍干燥得前驅體檸檬酸鋅配合物TC-Zn；

（2）將步驟（1）制得的前驅體分別在100-400℃煅燒2-4 h，即得鋅摻雜碳點。

所述步驟（1）中檸檬酸三鈉與氯化鋅的摩爾比為1：（0.6-1），無水乙醇的添加量為反應體系體積的3-4倍。