一种合成全光碳点的方法及其碳点应用与流程

本发明涉及碳纳米材料的制备方法，具体是指涉及一种合成全光碳点的方法及其碳点应用。

背景技术：

碳点（carbondots,cds）是一种直径小于10纳米的准球型碳纳米粒子。碳点因为其具有荧光稳定高、耐光漂白且无光闪烁，激发波长和发射波长可调谐，生物相容性好，毒性低等优异的性能而备受广大研究者的关注。因此，碳点可以作为半导体量子点（如cds、cdse、cdte等）和有机染料的替代物而被应用于生物标记、生物成像、催化和光电器件等领域。

目前，合成的碳点大多是具有蓝色光的光致发光特性，而由于生物体的细胞或组织具有较强的自体蓝色荧光，将这些碳点用于细胞成像时不利于靶信号与背景信号的区分，背景干扰较大，且缺乏全光范围内发光的碳点。因此，非常有必要寻找一种简单的、以廉价的原料为碳源来合成其他发光颜色的碳点的方法，解决碳点在其他发光颜色的空缺。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种合成方法简单有效，原料廉价易得，反应条件温和且环境友好的合成全光碳点的方法。该合成的碳点在溶液中，在手提式365纳米紫外灯照射下，合成出的碳点溶液呈现明亮的红、橙、黄、白、青、蓝、蓝紫色。

本发明的第二个目的是提供上述方法所合成的碳点的应用。

为实现本发明的第一个发明目的，其技术方案是合成全光碳点的方法包括以下步骤：

将碳源与钝化剂和氨水一并放入溶剂中，在80~110℃下反应3~8小时以合成全光碳点，得到酒红色的含有全光碳点的碳点溶液，钝化剂与碳源的质量比为0.1~0.7，氨水与碳源的质量比为5~30，溶剂与碳源的质量比为25~100，碳源是柠檬酸铵；钝化剂是乙二胺四乙酸；溶剂是dmf或去离子水。得到酒红色的碳点溶液在紫外灯下发红、橙、黄、白、青、蓝色，呈现全光谱荧光特性。

本发明还提供一种利用所述碳点来制备二氧化硅/碳点复合材料的方法，其技术方案是：

采用溶胶凝胶法：将所述的0.1体积份的含有全光碳点的碳点溶液、0.5体积份正硅酸乙酯溶解到20体积份的无水乙醇中，搅拌后加入体积比为2:1的去离子水和氨水，得到混合溶液，将溶液转移到采样盒中，陈化10小时，在100℃真空干燥8小时除去去离子水和无水乙醇，得到二氧化硅/碳点复合材料。

本发明还提供一种利用所述碳点来制备二氧化硅/碳点复合材料的方法：

采用浸渍沉积法：将0.1~1克孔径5-15nm的二氧化硅纳米颗粒加入到3-5ml碳点的乙醇溶液中搅拌30min后，将其混合物在真空干燥箱中80℃真空干燥15小时后得到纳米二氧化硅/碳点复合材料。

本发明的优点与效果是：

本发明通过一步溶剂热法即可得到碳点溶液，在手提式365纳米紫外灯照射下，合成出的碳点溶液呈现红、橙、黄、白、青、蓝、蓝紫。本发明所述合成全光碳点的方法简单有效，原料廉价易得，反应条件温和且环境友好，在一般实验室均能完成，易于推广。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1：碳点在紫外灯下的实物图（对应红、橙、黄、白、青、蓝、蓝紫碳点）；

图2：碳点的紫外吸收图（对应红、橙、黄、白、青、蓝、蓝紫碳点）；

图3：碳点的红外光谱图对应红、橙、黄、白、青、蓝、蓝紫碳点）；

图4：碳点溶液在不同波长光激发下的荧光光谱图(激发波长由320nm至540nm，步长为20nm)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

本实施例该方法首先利用柠檬酸铵和edta为起始反应物，在氨水介质中，以dmf为溶剂，通过溶剂热反应制备碳点溶液。

具体步骤是：将碳源与钝化剂和氨水一并放入溶剂中，在80~110℃下反应3~8小时以合成全光碳点；钝化剂edta与碳源的质量比为0.1~0.7，氨水与碳源的质量比为5~30，溶剂与碳源的质量比为25~100。碳源是柠檬酸铵；钝化剂是乙二胺四乙酸（edta）；溶剂是dmf和去离子水。

实施例1：

室温下，将0.1~1.0克的柠檬酸胺和0.2~1.0克的edta，2.5克的氨水溶解到100克dmf中，将溶液转移至水热反应釜中，100~200℃处理3~8小时，自然冷却至室温，得到酒红色的碳点溶液在紫外灯下发红、橙、黄、白、青、蓝色；

作为可选的替换物，dmf也可以使用去离子水代替，也能够实现青、蓝、蓝紫碳点。

图1为本实施例1制备的全光碳点，在紫外光照射下的实物图；图2为本实施例制备的碳点的紫外吸收图，可以看出制备的碳点主要有羟基、氨基、羧基等表面基团组成。

图3为实施例1制备的碳点的红外光谱图，~3420cm-1为-oh的振动吸收，～1640cm-1为c=o的特征峰，～1150cm-1是–p=o(oh)2基团中p=o的伸缩振动。红外光谱表明氨水已参与反应且使碳点表面功能化。

图4为本实施例制得的碳点溶液的荧光光谱图。由图可见，全光碳点中长波长碳点的峰位随激发波长增加而保持不变，短波长碳点随激发波长增加而出现红移现象。

实施例2：

室温下，将0.1~1.0克的柠檬酸胺和0.2~1.0克的edta，2.5克的氨水溶解到100克去离子水中，将溶液转移至水热反应釜中，100~200℃处理3~8小时，自然冷却至室温，得到酒红色的碳点溶液在紫外灯下发红、橙、黄、白、青、蓝色。

实施例3：基于碳量子点制备二氧化硅/碳点复合材料的制备方法

采用溶胶凝胶法：将0.5ml正硅酸乙酯溶解到20ml无水乙醇中，搅拌后加入去离子水和氨水体积比例为2:1，得到混合溶液，将溶液转移到采样盒中，陈化10小时左右，在100℃真空干燥8小时除去去离子水和无水乙醇。

实施例4：基于碳量子点制备二氧化硅/碳量子点复合材料的制备方法

采用浸渍沉积法：将0.1~1克孔径5-15nm的二氧化硅纳米颗粒加入到3-5ml碳点的乙醇溶液中搅拌30min后，将其混合物在真空干燥箱中80℃真空干燥15小时后得到纳米二氧化硅/碳点复合材料。该碳点的乙醇溶液中碳点的质量份数为20-35%g/ml。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种合成全光碳点的方法及其碳点应用。包括以下步骤：将碳源与钝化剂和氨水一并放入溶剂中，在80~110℃下反应3~8小时以合成全光碳点，得到酒红色的含有全光碳点的碳点溶液，钝化剂与碳源的质量比为0.1~0.7，氨水与碳源的质量比为5~30，溶剂与碳源的质量比为25~100，碳源是柠檬酸铵；钝化剂是乙二胺四乙酸；溶剂是DMF或去离子水。本发明简单高效，采用溶剂热法以柠檬酸铵为碳源，EDTA为钝化剂，氨水为反应介质一步合成出365纳米紫外光照射下呈现出全光碳点。该方法制备碳点原料廉价，步骤简单，条件温和可控，制备出的碳点发光强度高，稳定性好。

技术研发人员：向卫东;张贻俊;梁晓娟
受保护的技术使用者：温州大学
技术研发日：2017.06.13
技术公布日：2017.09.15