本發(fā)明涉及碳納米材料的制備方法，具體是指涉及一種合成全光碳點(diǎn)的方法及其碳點(diǎn)應(yīng)用。

背景技術(shù)：

碳點(diǎn)（carbondots,cds）是一種直徑小于10納米的準(zhǔn)球型碳納米粒子。碳點(diǎn)因?yàn)槠渚哂袩晒夥€(wěn)定高、耐光漂白且無光閃爍，激發(fā)波長和發(fā)射波長可調(diào)諧，生物相容性好，毒性低等優(yōu)異的性能而備受廣大研究者的關(guān)注。因此，碳點(diǎn)可以作為半導(dǎo)體量子點(diǎn)（如cds、cdse、cdte等）和有機(jī)染料的替代物而被應(yīng)用于生物標(biāo)記、生物成像、催化和光電器件等領(lǐng)域。

目前，合成的碳點(diǎn)大多是具有藍(lán)色光的光致發(fā)光特性，而由于生物體的細(xì)胞或組織具有較強(qiáng)的自體藍(lán)色熒光，將這些碳點(diǎn)用于細(xì)胞成像時(shí)不利于靶信號與背景信號的區(qū)分，背景干擾較大，且缺乏全光范圍內(nèi)發(fā)光的碳點(diǎn)。因此，非常有必要尋找一種簡單的、以廉價(jià)的原料為碳源來合成其他發(fā)光顏色的碳點(diǎn)的方法，解決碳點(diǎn)在其他發(fā)光顏色的空缺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種合成方法簡單有效，原料廉價(jià)易得，反應(yīng)條件溫和且環(huán)境友好的合成全光碳點(diǎn)的方法。該合成的碳點(diǎn)在溶液中，在手提式365納米紫外燈照射下，合成出的碳點(diǎn)溶液呈現(xiàn)明亮的紅、橙、黃、白、青、藍(lán)、藍(lán)紫色。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述方法所合成的碳點(diǎn)的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的，其技術(shù)方案是合成全光碳點(diǎn)的方法包括以下步驟：

將碳源與鈍化劑和氨水一并放入溶劑中，在80~110℃下反應(yīng)3~8小時(shí)以合成全光碳點(diǎn)，得到酒紅色的含有全光碳點(diǎn)的碳點(diǎn)溶液，鈍化劑與碳源的質(zhì)量比為0.1~0.7，氨水與碳源的質(zhì)量比為5~30，溶劑與碳源的質(zhì)量比為25~100，碳源是檸檬酸銨；鈍化劑是乙二胺四乙酸；溶劑是dmf或去離子水。得到酒紅色的碳點(diǎn)溶液在紫外燈下發(fā)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)色，呈現(xiàn)全光譜熒光特性。

本發(fā)明還提供一種利用所述碳點(diǎn)來制備二氧化硅/碳點(diǎn)復(fù)合材料的方法，其技術(shù)方案是：

采用溶膠凝膠法：將所述的0.1體積份的含有全光碳點(diǎn)的碳點(diǎn)溶液、0.5體積份正硅酸乙酯溶解到20體積份的無水乙醇中，攪拌后加入體積比為2:1的去離子水和氨水，得到混合溶液，將溶液轉(zhuǎn)移到采樣盒中，陳化10小時(shí)，在100℃真空干燥8小時(shí)除去去離子水和無水乙醇，得到二氧化硅/碳點(diǎn)復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供一種利用所述碳點(diǎn)來制備二氧化硅/碳點(diǎn)復(fù)合材料的方法：

采用浸漬沉積法：將0.1~1克孔徑5-15nm的二氧化硅納米顆粒加入到3-5ml碳點(diǎn)的乙醇溶液中攪拌30min后，將其混合物在真空干燥箱中80℃真空干燥15小時(shí)后得到納米二氧化硅/碳點(diǎn)復(fù)合材料。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

本發(fā)明通過一步溶劑熱法即可得到碳點(diǎn)溶液，在手提式365納米紫外燈照射下，合成出的碳點(diǎn)溶液呈現(xiàn)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)、藍(lán)紫。本發(fā)明所述合成全光碳點(diǎn)的方法簡單有效，原料廉價(jià)易得，反應(yīng)條件溫和且環(huán)境友好，在一般實(shí)驗(yàn)室均能完成，易于推廣。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。

附圖說明

圖1：碳點(diǎn)在紫外燈下的實(shí)物圖（對應(yīng)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)、藍(lán)紫碳點(diǎn)）；

圖2：碳點(diǎn)的紫外吸收圖（對應(yīng)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)、藍(lán)紫碳點(diǎn)）；

圖3：碳點(diǎn)的紅外光譜圖對應(yīng)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)、藍(lán)紫碳點(diǎn)）；

圖4：碳點(diǎn)溶液在不同波長光激發(fā)下的熒光光譜圖(激發(fā)波長由320nm至540nm，步長為20nm)。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。

本實(shí)施例該方法首先利用檸檬酸銨和edta為起始反應(yīng)物，在氨水介質(zhì)中，以dmf為溶劑，通過溶劑熱反應(yīng)制備碳點(diǎn)溶液。

具體步驟是：將碳源與鈍化劑和氨水一并放入溶劑中，在80~110℃下反應(yīng)3~8小時(shí)以合成全光碳點(diǎn)；鈍化劑edta與碳源的質(zhì)量比為0.1~0.7，氨水與碳源的質(zhì)量比為5~30，溶劑與碳源的質(zhì)量比為25~100。碳源是檸檬酸銨；鈍化劑是乙二胺四乙酸（edta）；溶劑是dmf和去離子水。

實(shí)施例1：

室溫下，將0.1~1.0克的檸檬酸胺和0.2~1.0克的edta，2.5克的氨水溶解到100克dmf中，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，100~200℃處理3~8小時(shí)，自然冷卻至室溫，得到酒紅色的碳點(diǎn)溶液在紫外燈下發(fā)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)色；

作為可選的替換物，dmf也可以使用去離子水代替，也能夠?qū)崿F(xiàn)青、藍(lán)、藍(lán)紫碳點(diǎn)。

圖1為本實(shí)施例1制備的全光碳點(diǎn)，在紫外光照射下的實(shí)物圖；圖2為本實(shí)施例制備的碳點(diǎn)的紫外吸收圖，可以看出制備的碳點(diǎn)主要有羥基、氨基、羧基等表面基團(tuán)組成。

圖3為實(shí)施例1制備的碳點(diǎn)的紅外光譜圖，~3420cm-1為-oh的振動吸收，～1640cm-1為c=o的特征峰，～1150cm-1是–p=o(oh)2基團(tuán)中p=o的伸縮振動。紅外光譜表明氨水已參與反應(yīng)且使碳點(diǎn)表面功能化。

圖4為本實(shí)施例制得的碳點(diǎn)溶液的熒光光譜圖。由圖可見，全光碳點(diǎn)中長波長碳點(diǎn)的峰位隨激發(fā)波長增加而保持不變，短波長碳點(diǎn)隨激發(fā)波長增加而出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。

實(shí)施例2：

室溫下，將0.1~1.0克的檸檬酸胺和0.2~1.0克的edta，2.5克的氨水溶解到100克去離子水中，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，100~200℃處理3~8小時(shí)，自然冷卻至室溫，得到酒紅色的碳點(diǎn)溶液在紫外燈下發(fā)紅、橙、黃、白、青、藍(lán)色。

實(shí)施例3：基于碳量子點(diǎn)制備二氧化硅/碳點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法

采用溶膠凝膠法：將0.5ml正硅酸乙酯溶解到20ml無水乙醇中，攪拌后加入去離子水和氨水體積比例為2:1，得到混合溶液，將溶液轉(zhuǎn)移到采樣盒中，陳化10小時(shí)左右，在100℃真空干燥8小時(shí)除去去離子水和無水乙醇。

實(shí)施例4：基于碳量子點(diǎn)制備二氧化硅/碳量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法

采用浸漬沉積法：將0.1~1克孔徑5-15nm的二氧化硅納米顆粒加入到3-5ml碳點(diǎn)的乙醇溶液中攪拌30min后，將其混合物在真空干燥箱中80℃真空干燥15小時(shí)后得到納米二氧化硅/碳點(diǎn)復(fù)合材料。該碳點(diǎn)的乙醇溶液中碳點(diǎn)的質(zhì)量份數(shù)為20-35%g/ml。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種合成全光碳點(diǎn)的方法及其碳點(diǎn)應(yīng)用。包括以下步驟：將碳源與鈍化劑和氨水一并放入溶劑中，在80~110℃下反應(yīng)3~8小時(shí)以合成全光碳點(diǎn)，得到酒紅色的含有全光碳點(diǎn)的碳點(diǎn)溶液，鈍化劑與碳源的質(zhì)量比為0.1~0.7，氨水與碳源的質(zhì)量比為5~30，溶劑與碳源的質(zhì)量比為25~100，碳源是檸檬酸銨；鈍化劑是乙二胺四乙酸；溶劑是DMF或去離子水。本發(fā)明簡單高效，采用溶劑熱法以檸檬酸銨為碳源，EDTA為鈍化劑，氨水為反應(yīng)介質(zhì)一步合成出365納米紫外光照射下呈現(xiàn)出全光碳點(diǎn)。該方法制備碳點(diǎn)原料廉價(jià)，步驟簡單，條件溫和可控，制備出的碳點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好。

技術(shù)研發(fā)人員：向衛(wèi)東;張貽俊;梁曉娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溫州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.13
技術(shù)公布日：2017.09.15