基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的制备方法与流程

本发明属于荧光碳纳米颗粒制备技术领域，特别涉及一种基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的制备方法。

背景技术：

荧光碳纳米颗粒作为一种新兴的荧光纳米材料，由于其具有的独特性质如高的光稳定性、可调的激发和发射性能、低的细胞毒性、良好的生物相容性等，已经在众多领域如生物成像、生物检测、光学器件、催化等显示出了良好的应用前景。到目前为止，主要有电化学合成、超声波合成、微波热解法、化学氧化法、水热碳化法等方法来制备荧光碳纳米颗粒。尽管目前已经有较多关于制备荧光碳纳米颗粒的文献报道，但是利用层状的过渡金属碳化物在溶剂热作用下来制备荧光碳纳米颗粒的工作还鲜见报道。另一方面，层状的过渡金属碳化物经过剥离处理后具有与石墨烯类似的片层结构，其再经过简单的溶剂热反应刻蚀掉过渡金属组分后，可以很方便的制得具有与荧光石墨烯量子点类似结构的荧光碳纳米颗粒。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的制备方法。该制备方法先利用超声处理来制得剥离的层状过渡金属碳化物，再利用溶剂热反应刻蚀掉过渡金属组分来制得荧光碳纳米颗粒。

具体步骤为：

(1)将层状过渡金属碳化物的本体粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺中制得混合液，然后将混合液在0~30℃下利用100~1000W的细胞粉碎仪超声5~48小时，制得浓度为0.05~1毫克/毫升的剥离的层状过渡金属碳化物分散液。

(2)将1重量份步骤(1)制得的剥离的层状过渡金属碳化物分散液转入到反应釜中，再加入0.5~5重量份的有机溶剂，在170~210℃下反应1~24小时，即制得基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒。

所述层状过渡金属碳化物为Ti₃C₂、Ti₂C、V₂C和Nb₂C中的一种。

所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和正丙醇中的一种。

所述化学试剂均为化学纯及以上纯度。

本发明所制备的基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒用荧光光谱仪和紫外-可见光分光光度计测试了其光学性能，结果表明其具有很好的光致荧光性能；用透射电子显微镜测试了其形貌和尺寸，结果表明其为直径在4~9纳米的球形颗粒；用拉曼光谱仪测试了其结构，结果表明其具有典型的碳的特征峰。本发明方法制备过程简单，制得的荧光碳纳米颗粒具有荧光量子产率高，成本低，良好的生物相容性和光稳定性能等特点，所制得的荧光碳纳米颗粒在生物成像、光学器件，生物检测等方面有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的荧光光谱图。

图2为本发明实施例1制备的基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的紫外-可见光吸收光谱图。

图3为本发明实施例1制备的基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的乙醇溶液在紫外灯下的荧光照片。

图4为本发明实施例1制备的基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的透射电子显微镜照片。

图5为本发明实施例1制备的基于层状过渡金属碳化物的荧光碳纳米颗粒的拉曼光谱图。

具体实施方式

实施例1:

(1)将60毫克层状Ti₃C₂的本体粉末加入到200毫升N,N-二甲基甲酰胺中，所得混合液于15℃下利用500W的细胞粉碎仪超声24小时，制得浓度为0.3毫克/毫升的剥离的层状Ti₃C₂分散液。

(2)将10克步骤(1)制得的剥离的层状Ti₃C₂分散液转入到反应釜中，再加入50克的乙醇，在200℃下反应1小时，即制得基于层状Ti₃C₂的荧光碳纳米颗粒。

实施例2:

(1)将30毫克层状Ti₃C₂的本体粉末加入到600毫升N,N-二甲基甲酰胺中，所得混合液于0℃下利用100W的细胞粉碎仪超声5小时，制得浓度为0.05毫克/毫升的剥离的层状Ti₃C₂分散液。

(2)将15克步骤(1)制得的剥离的层状Ti₃C₂分散液转入到反应釜中，再加入7.5克的甲醇，在210℃下反应2小时，即制得基于层状Ti₃C₂的荧光碳纳米颗粒。

实施例3:

(1)将30毫克层状Ti₂C的本体粉末加入到200毫升N,N-二甲基甲酰胺中，所得混合液于20℃下利用1000W的细胞粉碎仪超声30小时，制得浓度为0.15毫克/毫升的剥离的层状Ti₂C分散液。

(2)将20克步骤(1)制得的剥离的层状Ti₂C分散液转入到反应釜中，再加入20克的异丙醇，在190℃下反应5小时，即制得基于层状Ti₂C的荧光碳纳米颗粒。

实施例4:

(1)将50毫克层状Ti₂C的本体粉末加入到50毫升N,N-二甲基甲酰胺中，所得混合液于30℃下利用600W的细胞粉碎仪超声48小时，制得浓度为1毫克/毫升的剥离的层状Ti₂C分散液。

(2)将8克步骤(1)制得的剥离的层状Ti₂C分散液转入到反应釜中，再加入20克的乙醇，在180℃下反应15小时，即制得基于层状Ti₂C的荧光碳纳米颗粒。

实施例5:

(1)将40毫克层状V₂C的本体粉末加入到80毫升N,N-二甲基甲酰胺中，所得混合液于10℃下利用400W的细胞粉碎仪超声42小时，制得浓度为0.5毫克/毫升的剥离的层状V₂C分散液。

(2)将20克步骤(1)制得的剥离的层状V₂C分散液转入到反应釜中，再加入25克的甲醇，在170℃下反应24小时，即制得基于层状V₂C的荧光碳纳米颗。

实施例6:

(1)将60毫克层状Nb₂C的本体粉末加入到100毫升N,N-二甲基甲酰胺中，所得混合液于20℃下利用700W的细胞粉碎仪超声18小时，制得浓度为0.6毫克/毫升的剥离的层状Nb₂C分散液。

(2)将5克步骤(1)制得的剥离的层状Nb₂C分散液转入到反应釜中，再加入20克的正丙醇，在200℃下反应6小时，即制得基于层状Nb₂C的荧光碳纳米颗粒。