本發(fā)明涉及熒光納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法及其在鐵離子檢測上的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳點作為一種新興的碳納米材料，因其優(yōu)異的熒光特性、低毒性、光穩(wěn)定性、環(huán)境友好性和良好的生物相容性，得到了廣泛研究和應(yīng)用。碳點在醫(yī)療成像、藥物傳遞、化學(xué)和生物傳感等多個領(lǐng)域中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，特別是在生物成像和傳感中，用于檢測金屬離子展現(xiàn)了巨大的潛力。近年來，為進一步調(diào)控碳點的熒光性能并提升其熒光質(zhì)量，研究者們通常使用摻雜、表面修飾等策略進行處理。

2、傳統(tǒng)氮摻雜碳點作為金屬離子探針使用時，由于表面具有豐富的官能團，特別是氮相關(guān)的官能團，通常容易受到復(fù)雜環(huán)境的干擾，如在光照或其他極端條件（如高鹽、強酸堿等）下容易發(fā)生熒光猝滅，限制了其在復(fù)雜或惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。并且穩(wěn)定性差的碳點在重復(fù)探測中表現(xiàn)出的熒光特性也會隨探測時間的不同而發(fā)生變化，導(dǎo)致檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度和重復(fù)性不足。此外對現(xiàn)實環(huán)境中金屬離子的探測應(yīng)用，如實際水樣或生物樣品中的離子檢測，也容易受到各種環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致探測效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)碳點在復(fù)雜環(huán)境高鹽、強酸堿、光照等條件下穩(wěn)定性差的問題，提供一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法及其在金屬離子檢測領(lǐng)域的應(yīng)用，本發(fā)明的制備方法簡單、所需原料極少、用時短、成本低且經(jīng)濟環(huán)保，本發(fā)明制得的氮摻雜碳點熒光性能優(yōu)異，具有良好的穩(wěn)定性，具有較強的應(yīng)用價值。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其包括以下步驟：

4、步驟一、在溶劑中加入摩爾比為1:(0.8～3.5)的檸檬酸和2-氨基-2-甲基-1-丙醇，并攪拌均勻得到前驅(qū)體溶液。

5、步驟二、將步驟一得到的前驅(qū)體溶液進行一步加熱反應(yīng)，形成碳點溶液。

6、步驟三、在步驟二所得碳點溶液中分離得到氮摻雜熒光碳點溶液。

7、本發(fā)明以檸檬酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇為原料，以n，n-二甲基甲酰胺為溶劑環(huán)境，2-氨基-2-甲基-1-丙醇中雙甲基構(gòu)成的枝杈型結(jié)構(gòu)限制了碳點的碳核熒光中心與氮相關(guān)的表面態(tài)熒光中心之間的共振能量轉(zhuǎn)移作用；且本發(fā)明在反應(yīng)釜中短時間加熱（一步溶劑熱法）便可得到具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點，原料易得，成本低，制備方法簡單，用時短，危險性低，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

8、作為優(yōu)選，所述的溶劑為n，n-二甲基甲酰胺。

9、作為優(yōu)選，所述的檸檬酸相對于n，n-二甲基甲酰胺的用量為1/80～1/15g/ml。

10、作為優(yōu)選，步驟二中的反應(yīng)溫度為160℃～200℃，反應(yīng)時間為6h～10h。

11、作為優(yōu)選，步驟三的具體過程為：將步驟二所得碳點溶液冷卻至室溫后，離心得到氮摻雜熒光碳點溶液。

12、作為優(yōu)選，所述的離心的條件為轉(zhuǎn)速6000r/min～10000r/min，離心時間20min～40min。

13、第二方面，?本發(fā)明提供一種氮摻雜熒光碳點，其通過前述的制備方法制備得到。

14、該碳摻雜熒光碳點在長時間存儲（0-50天）、在不同酸堿環(huán)境下（ph值：3-13.5）、在不同nacl濃度下（0-5?mol/l）、在長時間紫外燈照射下（0-5小時），均體現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，熒光峰位基本不變，熒光強度變化范圍在±10%以內(nèi)。

15、第三方面，本發(fā)明提供一種氮摻雜熒光碳點在鐵離子檢測中的應(yīng)用。

16、作為優(yōu)選，通過氮摻雜熒光碳點加入被測溶液前后的330nm熒光強度變化，判斷鐵離子濃度；330nm熒光強度變化量與鐵離子濃度呈線性關(guān)系。

17、作為優(yōu)選，被測鐵離子溶液中鐵離子濃度為0.2μm～40μm，且熒光強度與鐵離子濃度具有良好的線性。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、1.本發(fā)明以檸檬酸、2-氨基-2-甲基-1-丙醇為原料，以雙甲基構(gòu)成的枝杈型結(jié)構(gòu)，限制了碳點的碳核熒光中心與氮相關(guān)的表面態(tài)熒光中心之間的共振能量轉(zhuǎn)移作用，保證了碳點熒光在多種復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性，且所得碳點對鐵離子具有優(yōu)異的選擇性和靈敏度，展示了其作為高效鐵離子檢測探針的巨大應(yīng)用前景。

20、2.本發(fā)明以n，n-二甲基甲酰胺為溶劑環(huán)境，在反應(yīng)釜中短時間加熱（一步溶劑熱法）便可得到具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點，原料易得，成本低，制備方法簡單，用時短，危險性低，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

21、3.本發(fā)明獲得的氮摻雜碳點具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，在復(fù)雜環(huán)境中熒光峰位及熒光強度變化很小，且可用于去離子水和實際水樣中鐵離子濃度的熒光檢測。

技術(shù)特征：

1.一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其特征在于：所述的溶劑為n，n-二甲基甲酰胺。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其特征在于：所述的檸檬酸相對于n，n-二甲基甲酰胺的用量為1/80～1/15g/ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其特征在于：步驟二中的反應(yīng)溫度為160℃～200℃，反應(yīng)時間為6h～10h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其特征在于：步驟三的具體過程為：將步驟二所得碳點溶液冷卻至室溫后，離心得到氮摻雜熒光碳點溶液。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜熒光碳點的制備方法，其特征在于：所述的離心的條件為轉(zhuǎn)速6000r/min～10000r/min，離心時間20min～40min。

7.一種氮摻雜熒光碳點，其特征在于：通過如權(quán)利要求1所述的制備方法制備得到。

8.如權(quán)利要求7所述的一種氮摻雜熒光碳點在鐵離子檢測中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于：通過氮摻雜熒光碳點加入被測溶液前后的330nm熒光強度變化，判斷鐵離子濃度；330nm熒光強度變化量與鐵離子濃度呈線性關(guān)系。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于：被測鐵離子溶液中鐵離子濃度為0.2μm～40μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性的氮摻雜碳點的制備方法及其應(yīng)用；制備過程如下：一、在溶劑中加入摩爾比為1:(0.8～3.5)的檸檬酸和2?氨基?2?甲基?1?丙醇，并攪拌均勻得到前驅(qū)體溶液。二、將前驅(qū)體溶液進行一步加熱反應(yīng)，形成碳點溶液。三、在碳點溶液中分離得到氮摻雜熒光碳點溶液。本發(fā)明以檸檬酸、2?氨基?2?甲基?1?丙醇為原料，以雙甲基構(gòu)成的枝杈型結(jié)構(gòu)，限制了碳點的碳核熒光中心與氮相關(guān)的表面態(tài)熒光中心之間的共振能量轉(zhuǎn)移作用，保證了碳點熒光在多種復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性，且所得碳點對鐵離子具有優(yōu)異的選擇性和靈敏度，展示了其作為高效鐵離子檢測探針的巨大應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：肖軍,江源,王晶,張陽
受保護的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)溫州研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6