[发明专利]一种可控制备荧光碳点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控制备荧光碳点的方法，属于化学及材料科学领域。

背景技术

近年来，一种新型可发光的碳纳米材料——碳点，受到广泛关注。碳点是一种单分散的形貌类似球状的荧光碳质纳米材料，其粒径一般小于10 nm。此类碳纳米材料具有优良的荧光性能，如耐光漂，非闪烁、发射波长可调、上转换性能等。与此同时，其具有良好的水溶性、低毒、粒径小、生物相容性好以及廉价易得等特点。因此，碳点将有望取代含重金属的半导体量子点，在材料科学、生物化学、电子器件以及生物医学等方面具有广阔的应用前景。虽然目前已发展了多种制备碳点的方法，如激光消融法、电化学方法、电弧放电法、微波法、热解法等，但往往难以对制备的碳点实现有效精确的控制（包括尺寸控制、发光性质控制等），产品单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可控制备荧光碳点的方法，可以精确控制碳点的粒径大小和发光波长。

为了实现荧光碳点的可控制备，本发明以碳纤维为工作电极，在含有四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中，仅通过调节施加在工作电极上的电极电势，得到粒径不同的碳点。通过对碳点表面的电化学氧化，实现在不改变碳点的粒径，而调节碳点发光红移。通过该方法，已达到实现制备小粒径、发长波长的荧光碳点。

本发明的方法，具体包括如下步骤：

①      以碳纤维为工作电极，四丁基高氯酸铵的乙腈溶液作为电解液，对工作电极施加电势进行电氧化；

②      收集乙腈溶液，蒸发除去乙腈，在所得到固体中，加入超纯水，超声分散；

③      将超声分散所得的溶液，经过滤膜，将沉淀滤去，并将滤液用分子截留量为1,000的透析袋透析后即得到碳点的水溶液。

改变步骤1中施加于工作电极上的电势，即可得到不同粒径的碳点，即 0.5V下制备得到(3.3 ± 0.6) nm碳点，1.2V 下制备得到(2.9 ± 0.5) nm碳点, 1.5V下制备得到(2.7 ± 0.7) nm碳点, 2.0V下制备得到(2.4 ± 0.6) nm 碳点， 2.5V下制备得到 (2.2 ± 0.6) nm的碳点。另外，在恒定电势情况下，制备得到的碳点的粒径不受制备时间的影响：在制备电势为0.5V，制备时间为30min 和300min得到碳点的粒径均为(3.3 ± 0.6) nm；在制备电势为2.5V,制备时间为30min和300 min得到碳点的粒径均为(2.2 ± 0.5) nm。

通过以上步骤，一般可以得到光谱最佳发射峰为400~450nm的荧光碳点。通过调节制备时的氧化电势，可以得到不同粒径的荧光碳点，具有相应的最佳发射峰。为了实现对最佳发射峰的调控，尤其是得到最佳发射峰在450nm以上的荧光碳点，还包括以下步骤：

④      将步骤（3）中制备得到的碳点，加入到新鲜制备的含四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中，并在乙腈溶液中加入少量水增强氧化性，以铂杯为工作电极，进一步氧化碳点，得到粒径不变，光谱最佳发射峰红移的荧光碳点。

例如：在2.5V制备得到的碳点，加入到新鲜准备的含0.1M四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中并在乙腈溶液中加入少量水（5wt%）以铂杯为工作电极，设定电势为2.5V 恒电势，进一步氧化碳点表面两小时，得到粒径不变，光谱最佳发射峰为500nm的绿色荧光碳点。

本发明利用电化学方法调控氧化电势，实现了对碳点的粒径及表面状态的调控，该方法具有条件温和，无须进一步分离即可得到单分散且粒径均一的碳点等特点。本发明可更广泛地应用于化学、生物和材料科学等领域。

 

附图说明

图 1在不同的氧化电势下0.5V，1.5V及2.5V氧化电势下制备得到碳点透射电镜图。

图 2 在氧化电势分别为0.5V，制备时间分别为30min和300min下得到碳点透射电镜图及粒径分布情况。

图3在氧化电势分别为2.5V，制备时间分别为30min和300min下得到碳点透射电镜图及粒径分布情况。

图4 在氧化电势为0.5V时，制备得到碳点C-dots0.5V的荧光光谱图。其荧光发射光谱具有随着激发光光谱的改变而改变的特征，其最佳荧光发射峰为400nm，对应的激发波长为320nm。

图 5在氧化电势为1.5V时，制备得到碳点C-dots1.5V的荧光光谱图。其荧光发射光谱具有随着激发光光谱的改变而改变的特征，其最佳荧光发射峰为430nm，对应的激发波长为340nm。