一种用于温度传感的碳量子点的制备方法及其产物与流程

【技术领域】

本发明属于荧光纳米材料技术领域，具体涉及一种用于温度传感的碳量子点的制备方法。

背景技术：

温度是影响生物体内生理和生化作用与过程的基本热力学变量，它的精确测量在生物学和医学诊断方面意义重大。到目前为止，用来精确检测温度的手段有扫描探针显微镜、拉曼光谱以及基于荧光的检测技术。其中，基于荧光纳米传感器的温度检测技术具有高分辨率、响应快速等优点，近些年来在环境监测、食品安全、生物传感等方面得到迅猛的发展。目前，常用的荧光纳米材料主要包括半导体量子点、有机荧光染料、荧光聚合物和金属簇等，然而这些材料通常具有毒性、稳定性差、成本高等缺点，限制了它们进一步的应用，因此，开发新的低毒性的、稳定且成本低的温度传感材料是十分必要的。

碳量子点是一种粒径小于10nm、微观近乎准球形、表面富含有机官能团、具有荧光性能的碳纳米颗粒。作为一种新型碳纳米材料，碳量子点具有毒性低、环境友好、通过表面功能化和掺杂可调控其物理化学性能等优点，可广泛应用于化学传感、生物传感、生物成像、纳米医学、催化和光电器件等诸多领域。目前碳量子点的制备方法有电弧放电法、激光销蚀法、电化学法、燃烧法、热解法、模板法、微波法等等。其中，相较于其他几种制备方法，微波法具有制备条件温和、反应时间短的优点，是近年来一种比较新型的方法，如公开号cn103588193b的专利文件公开了一种微波法制备高纯碳量子点的方法，将壳聚糖溶液经过两步分段微波法反应，再经过半制备高效液相进行分离纯化，将分离出来的溶液中空浓缩干燥，得到高纯碳量子点；再如，公开号cn103482598a的专利文件公开了一种单一磷酸盐辅助水溶行荧光碳量子点固体粉体的制备方法，以糖类、氨基酸、含有羧基或羟基的小分子有机物作为反应前驱体，加入到可溶性磷酸盐溶液中，微波加热2～3min，所得固体粉末溶解在乙醇和水的混合溶液中，超声后离心，再依次加入强碱性阴离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂，离心后取上层清液旋转蒸发，得到纯化的碳量子点粉末。然而其报道的碳点荧光主要在500nm以下的蓝光区，很难得到长波长的荧光碳点。

然而，如以上公开的这类微波制备方法，都存在产物分离纯化困难的缺点，且制备出的碳量子点发射波长短，功能化不够理想，能够直接用于温度传感的碳量子点至今都鲜有报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于温度传感的碳量子点的制备方法及其产物，制备过程简单、耗时较短、产物为可用于温度传感的碳量子点。

本发明的技术方案是：

一种用于温度传感的碳量子点的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)配制碳源水溶液，加入含磷化合物为钝化剂，形成溶液ⅰ，碳源与含磷化合物摩尔比为0.05:(0.1～5)；

(2)将(1)中配制的溶液ⅰ在微波1min～5h，微波强度控制在20～400hz；微波可在室温下进行，也可在30～50℃范围内进行，微波时间根据温度和微波强度变化；

(3)取(2)的产物，通过离心得到其中的10nm以下的粒子水溶液，然后通过旋转蒸发去除水溶剂，得到的固体即为产物。

进一步的，上述碳源为葡萄糖，果糖，蔗糖，柠檬酸，乳酸、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯基亚胺、壳聚糖、纤维素、柠檬汁、橘子汁、黄瓜汁、大蒜泥、土豆泥、西瓜汁、茶叶水中的一种或几种。其中，优选为果糖，蔗糖、柠檬酸，乳酸、柠檬汁、橘子汁、黄瓜汁，原因是这些材料极易碳化，而且利于p原子的掺杂。

进一步的，上述碳源水溶液的浓度为0.01～10.0g/ml。该浓度范围的优点为碳源在溶液中分散性好，利于微波均匀加热，形成尺寸均一的碳点。

进一步的，上述含磷化合物为磷酸、磷酸盐、三氧化二磷、五氧化二磷、五卤化磷、磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、亚磷酸二正丁酯中的一种或几种。其中，优选为为磷酸、磷酸盐、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、亚磷酸二正丁酯。

进一步的，上述步骤(2)中10nm以上的粒子通过离心方法除去。

一种上述用于温度传感的碳量子点的制备方法的产物，其特征在于，p原子能够很好的掺杂在碳点结构内部，导致生成长波长的荧光碳点，其荧光发射波长范围在500～800nm。

进一步的，上述产物的最大发射波长为650nm。

进一步的，上述产物的温度灵敏度高于1.07％℃^-1。

进一步的，上述产物的温度响应范围为-35～130℃。

本发明具有以下有益的技术效果：

1)制备方法简单、耗时较短，无需附加的分离纯化步骤，成本低；2)产物粒径尺寸小，约为3nm，在水中具有很好的分散性；3)具有强的荧光发射,荧光发射波长长，其荧光量子效率大于20％，且碳量子点的荧光随着温度的升高而淬灭，具有温度敏感性；4)可以应用于温度的检测，且以其溶液构建的新型碳基纳米温度传感器可以在低温和高温之间转换，具有很高的重复性；5)产物作为温度传感材料，具有宽的响应范围、高的灵敏度和可重复性，可以应用于无接触检测溶液和细胞内温度的变化。

【附图说明】

图1为实施例一的产物的透射电镜照片；

图2为实施例一的产物的荧光光谱图及在水中的分散性照片；

图3为实施例一的温度传感器从20℃到80℃升温过程的荧光强度图；

图4为实施例一的温度传感器的重复性测试图。

【具体实施方式】

以下结合具体实施例，对本发明做进一步描述。

以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。

实施例一

在10ml浓度为0.1g/l的葡萄糖水溶液中，加入0.6mmol的磷酸，调节微波频率为100hz，室温下微波1h，得到透明澄清的亮黄色溶液；反应液通过离心得到其中的10nm以下的粒子水溶液，然后通过旋转蒸发去除水溶剂，得到的固体即为产物，其透射电镜照片如图1所示。将产物重新分散于水中，形成碳量子点浓度为10mg/ml的温度传感器，通过rf-5301pc荧光光谱仪测试其荧光性质，结果如图2所示，其最大吸收波长为285nm，最大激发波长为370nm，最大发射波长为520nm。取0.5ml的上述荧光碳量子点水溶液形成的温度传感器，使用rf-5301pc荧光光谱仪测试金纳米簇探针从20℃到85℃升温过程的荧光强度变化，对温度的灵敏性进行检测，结果如图3所示，表明平均温度变化率约1.3％/℃。图4是对这种温度传感器的稳定性进行测试，在15℃与85℃对产物进行重复测试，结果表明，这种温度传感器可以在低温和高温之间转换，可以反复使用8次。

实施例二

在2.5ml水中加入0.35g的果糖，搅拌至完全溶解形成透明溶液，然后加入0.5ml的磷酸，调节微波频率为100hz，室温下微波1h，得到透明澄清的亮黄色溶液；反应液通过离心得到其中的10nm以下的粒子水溶液，然后通过旋转蒸发去除水溶剂，得到的固体即为产物即为碳量子点。将其重新分散于水中，形成碳量子点浓度为20mg/ml的温度传感器。

实施例三

在10ml水中加入0.5g的果糖和0.2g蔗糖，搅拌至完全溶解形成透明溶液，然后加入0.5ml的磷酸三乙酯，调节微波频率为100hz，室温下微波30min，得到透明澄清的亮黄色溶液；反应液通过离心得到其中的10nm以下的粒子水溶液，然后通过旋转蒸发去除水溶剂，得到的固体即为产物即为碳量子点。将其重新分散于水中，形成碳量子点浓度为10mg/ml的温度传感器。