一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳量子點(diǎn)的制備方法領(lǐng)域，特別涉及一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于傳統(tǒng)的熒光染料和重金屬量子點(diǎn)在生物標(biāo)記和科研應(yīng)用中，常常在苛刻的環(huán)境PH條件下發(fā)光性能嚴(yán)重受損，這就限制了這些標(biāo)記物的應(yīng)用范圍。因此，越來越多的研究開始關(guān)注于無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)。與傳統(tǒng)的生物標(biāo)記物相比，碳顆粒量子點(diǎn)可以在較大的環(huán)境PH波動(dòng)下正常使用，熒光強(qiáng)度以及其他各方面的光學(xué)性質(zhì)均不會(huì)受到影響。因此，無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)正是目前生物標(biāo)記、生物檢測(cè)、生物探針等科研應(yīng)用方面的最優(yōu)異的材料。
[0003]目前無機(jī)非金屬碳量子點(diǎn)的合成方法主要有兩種。一種是從上到下的合成方法:粉碎碳源，通過聚合物表面鈍化的方式使其有效發(fā)光，主要包括電弧放電法、激光法、電化學(xué)法、機(jī)械粉碎、球磨或化學(xué)氧化。這種方法制備的碳點(diǎn)雖然粒徑均一度較高，但是耗能過高，除激光灼燒法之外其他方法制備的碳點(diǎn)熒光產(chǎn)率都較低。另外一種方法是從下到上的合成方法:熱解或碳化合適前驅(qū)物直接合成熒光碳量子點(diǎn)，包括灰燼的氧化或腐蝕法、熱解有機(jī)物法、微波合成法、超聲法、摻雜法。這些方法中大部分都由于能耗過高，污染嚴(yán)重和產(chǎn)品質(zhì)量不好等局限限制了產(chǎn)品的工業(yè)化應(yīng)用。因此，尋找一種能制備出發(fā)光性能優(yōu)異、綠色無污染且易于工業(yè)化的方法是非常有必要的。
[0004]通過高溫?zé)峤獾姆椒ㄖ苽錈晒馓键c(diǎn)是一種比較主流的自下而上的熒光碳點(diǎn)制備方法。目前已有報(bào)道的，通過微波熱解各種氨基酸來制備熒光碳點(diǎn)，但是存在著微波溫度不可控(存在局部過熱點(diǎn))以及熒光效率不高等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，該方法簡(jiǎn)便易行，成本低，制備得到的碳量子點(diǎn)具有PH性質(zhì)穩(wěn)定、量子效率高以及粒徑分布均一、單分散性好等優(yōu)勢(shì)。
[0006]本發(fā)明的一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，包括:
[0007](I)將谷氨酸鈉在N2氛圍下煅燒，得到碳點(diǎn)粉末；
[0008](2)將步驟⑴中碳點(diǎn)溶解，超聲振蕩，過濾，烘干；
[0009](3)將步驟⑵中烘干的產(chǎn)物溶解，透析，得到pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)。
[0010]所述步驟⑴中谷氨酸鈉的樣品為味精。
[0011]所述步驟(I)中煅燒的溫度為200?500°C，時(shí)間為1min?2.5h。
[0012]所述煅燒時(shí)升溫速率為10°C /min。
[0013]所述步驟⑵中溶解用的溶劑為乙醇或者水。
[0014]所述步驟(2)中超聲振蕩的時(shí)間為10?60min。
[0015]所述步驟⑵中過濾為用中速濾紙過濾。
[0016]所述步驟⑵中烘干溫度為40?90°C。
[0017]所述步驟(3)中透析為3000Da?3500Da的透析膜透析12h。
[0018]本發(fā)明中運(yùn)用氨基酸鹽，即谷氨酸鈉，為碳源和氮源，在隊(duì)保護(hù)高溫條件下，一步完成碳化和慘雜；并且在制備的碳點(diǎn)中引入一定量的Na原子，從而提尚廣物的焚光效率。由于不需要高壓條件和材料簡(jiǎn)單易得屬于工業(yè)原料，另外無需污染性溶劑綠色環(huán)保，所以以谷氨酸鈉為原料制備熒光碳量子點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。通過本發(fā)明方法得到的熱解產(chǎn)物通過分離純化透析處理后，得到的碳顆粒量子點(diǎn)具有PH性質(zhì)穩(wěn)定，量子產(chǎn)率高發(fā)光強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)為谷氨酸鈉碳量子點(diǎn)在生命科學(xué)、分析科學(xué)、材料科學(xué)、免疫醫(yī)學(xué)、檢驗(yàn)檢疫等傳統(tǒng)及新興領(lǐng)域的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
[0019]有益效果
[0020](I)本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單方便，溫度要求不高，重復(fù)性好，成本低，綠色無污染，易于工業(yè)化生產(chǎn)；
[0021](2)本發(fā)明的方法得到的量子點(diǎn)具有pH性質(zhì)穩(wěn)定、量子效率高(最大可達(dá)41.8%，以0.05M硫酸溶液配置硫酸奎標(biāo)準(zhǔn)溶液，以其激發(fā)波長(zhǎng)313nm以及338nm處紫外吸光度小于0.05時(shí)的稀釋溶液為標(biāo)準(zhǔn)參比溶液，計(jì)算量子產(chǎn)率)、生物相容性好、熒光性能優(yōu)異(熒光穩(wěn)定性、無光眨眼和優(yōu)異的PH特性)、粒徑分布均一、單分散性好等優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例1熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)的工藝流程圖；
[0023]圖2為實(shí)施例1熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)的透射電鏡圖；
[0024]圖3為實(shí)施例1熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)的X射線衍射圖；
[0025]圖4為實(shí)施例1中熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)，等質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液在不同環(huán)境PH下的熒光強(qiáng)度變化；
[0026]圖5為實(shí)施例2中紫外吸收和熒光復(fù)合圖譜；
[0027]圖6為實(shí)施例3中紫外吸收和熒光復(fù)合圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0029]實(shí)施例1
[0030](I)將2g谷氨酸鈉樣品(一般味精)裝入小坩禍中，無需研磨，有N2保護(hù)下，煅燒溫度為350°C，煅燒時(shí)間為30min，升溫速率為10°C /min，進(jìn)行煅燒碳化以及摻雜過程；
[0031](2)將煅燒得到的產(chǎn)物，從坩禍上刮下，研磨充分后，乙醇溶解，超聲振蕩20min，用中速濾紙過濾后，60 °C烘干備用；
[0032](3)用少量所需溶液溶解(2)中干燥產(chǎn)物，用3000Da?3500Da透析膜透析12h，透析外液即為液體產(chǎn)品，干燥后既得固體產(chǎn)品。
[0033]圖1為本實(shí)施例的工藝流程圖；圖2為熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)的透射電鏡圖，從圖中可以看到粒子平均粒徑約為7.13nm。圖3為熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)的X射線衍射圖，從圖中可以看出衍射峰位與標(biāo)準(zhǔn)的石墨標(biāo)準(zhǔn)峰位置基本一致(碳點(diǎn)非完美石墨晶型結(jié)構(gòu)的固有特性)。圖4為熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)，等質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液在不同環(huán)境PH下的熒光強(qiáng)度變化，可以看出在很多的環(huán)境pH變化范圍內(nèi)，產(chǎn)品的熒光強(qiáng)度基本沒有變化。
[0034]實(shí)施例2
[0035](I)將2g谷氨酸鈉樣品(一般味精)裝入小坩禍中，無需研磨，煅燒溫度為400°C，升溫速率為10°c /min,有N2保護(hù)下，煅燒時(shí)間分別為0.5h、lh、1.5h、2h和2.5h，進(jìn)行煅燒碳化以及摻雜過程；
[0036](2)將煅燒得到的產(chǎn)物，從坩禍上刮下，研磨充分后，加水溶解，超聲振蕩20min，用中速濾紙過濾后，取濾液用0.22 μ m水系濾膜再次過濾。
[0037]圖5為熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)，煅燒溫度為400°(:，有N2保護(hù)下，煅燒時(shí)間分別為0.5h、lh、l.5h、2h和2.5h的紫外吸收和熒光復(fù)合圖譜，從圖中可以看出煅燒溫度相同的條件下，煅燒時(shí)間為0.5h的產(chǎn)品熒光強(qiáng)度最高。
[0038]實(shí)施例3
[0039](I)將2g谷氨酸鈉樣品(一般味精)裝入小坩禍中，無需研磨，煅燒時(shí)間為30min，升溫速率為10°c /1^11，有隊(duì)保護(hù)下，煅燒溫度分別為200°C、300°C、400°C和500°C，進(jìn)行煅燒碳化以及摻雜過程；
[0040](2)將煅燒得到的產(chǎn)物，從坩禍上刮下，研磨充分后，加水溶解，超聲振蕩20min，用中速濾紙過濾后，取濾液用0.22 μ m水系濾膜再次過濾。
[0041]圖6為熱解法制備無機(jī)非金屬碳顆粒量子點(diǎn)，煅燒時(shí)間為30!1^11，有N2保護(hù)下，煅燒溫度分別為2000C、3000C、400°C和500°C的紫外吸收和熒光復(fù)合圖譜，從圖中可以看出煅燒時(shí)間相同的條件下，煅燒溫度為400 V的產(chǎn)品熒光強(qiáng)度最高。
[0042]實(shí)施例4
[0043](I)將2g谷氨酸鈉樣品(一般味精)裝入小坩禍中，無需研磨，煅燒時(shí)間為30min，升溫速率為10°c /11^11，有隊(duì)保護(hù)下，煅燒溫度為400°(:，進(jìn)行煅燒碳化以及摻雜過程；
[0044](2)將煅燒得到的產(chǎn)物，從坩禍上刮下，研磨充分后，加水溶解，超聲振蕩20min，用中速濾紙過濾后，取濾液用0.22 μ m水系濾膜再次過濾。
[0045]用實(shí)施例4的方法得到lmg/mL碳量子點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溶液，以硫酸奎寧溶液為參照，分別測(cè)試紫外吸收和熒光強(qiáng)度，此熒光碳點(diǎn)的量子產(chǎn)率可達(dá)41.8%。以0.05M硫酸溶液配置硫酸奎標(biāo)準(zhǔn)溶液，以其激發(fā)波長(zhǎng)313nm以及338nm處紫外吸光度小于0.05時(shí)的稀釋溶液為標(biāo)準(zhǔn)參比溶液，計(jì)算量子產(chǎn)率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，包括: (1)將谷氨酸鈉在N2氛圍下煅燒，得到碳點(diǎn)粉末； (2)將步驟(I)中碳點(diǎn)溶解，超聲振蕩，過濾，烘干； (3)將步驟⑵中烘干的產(chǎn)物溶解，透析，得到pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中煅燒的溫度為200?500°C，時(shí)間為1min?2.5h。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述煅燒時(shí)升溫速率為10°C /min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中溶解用的溶劑為乙醇或者水。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中超聲振蕩的時(shí)間為10?60min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中過濾為用中速濾紙過濾。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中透析為3000Da?3500Da的透析膜透析12h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種pH穩(wěn)定的強(qiáng)發(fā)光的碳量子點(diǎn)的制備方法，包括：將谷氨酸鈉在N2氛圍下煅燒，得到碳點(diǎn)粉末；將碳點(diǎn)溶解，超聲振蕩，過濾，烘干；將烘干的產(chǎn)物溶解，透析，即得。本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)便，不需要高壓環(huán)境，易于產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明的方法制備得到的碳量子點(diǎn)具有對(duì)環(huán)境pH發(fā)光穩(wěn)定、量子效率高、無“光眨眼”現(xiàn)象、大小均一、穩(wěn)定性極高、生物相容性好等優(yōu)勢(shì)。
【IPC分類】C09K11/65, C01B31/02
【公開號(hào)】CN105219385
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510749868
【發(fā)明人】周興平, 鄭楠楠, 丁莎
【申請(qǐng)人】東華大學(xué), 周興平
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日