[发明专利]有机功能化的发光碳量子点及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光功能材料，特别涉及一类具有高发光效率的有机功能化的发光碳量子点和用途，以及该有机功能化的发光碳量子点的制备方法。 

背景技术

自2006年以来，发光碳量子点作为石墨和无定形碳纳米粒子中极为吸引人的一类，由于其在光电子器件和生物标记等方面诱人的应用，受到科学家的广泛关注（Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,6726）。同传统的有机染料和半导体量子点相比，发光碳量子点的优势在于化学惰性、大的双光子激发截面、低毒性和优异的生物相容性(J.Am.Chem.Soc.2007,129,11318；2009,131,11308；J. Phys.Chem.C2009,113,18110；2010,114,12062)。碳量子点的颗粒尺寸与蛋白、核酸等生物大分子相当，较小的颗粒尺寸有利于生物体通过新陈代谢的方式将多余的量子点排出体外。因此，小尺度碳发光量子点在医学诊断、生物体内组织细胞成像、活细胞内亚细胞过程的跟踪方面将具有更高的应用价值。 

合成碳量子点的方法通常可以分成两大类：自上而下方法和自下而上方法。自上而下方法基于各种更大的碳结构剥离得到的纳米碳进行后处理，如激光烧蚀法、电化学腐蚀法（J.Am.Chem.Soc.2006,128,7756;2007,129,744;2009,131,4564;J.Phys.Chem.C2008,112,18295;J.Mater.Chem.2009,19,484;ACS Nano 2009,3,2367;Chem.Commun.2008,5116;J.Phys.Chem.B,2006,110,831;Adv.Mater.2010,22,734）。自下而上方法包括合适的分子前驱体的热分解（Chem.Mater.2008,20,4539;2010,22,4528;Small 2008,4,455;Angew.Chem.2007,119,6593;J.Phys.Chem.C 2009,113,18546;Chem.Commun.2010,46,3309;3681;2009,5118）、碳水化合物用硫酸脱水、水热合成方法(Angew.Chem.2009,121,4668;Chem.Mater.2009,21,5563;New J.Chem.2010,34,591)等。通常，这些方法包括复杂的过程和苛刻的合成条件，难以实现量子点尺寸、结构和表面性能等参数的相对独立控制。更重要的是，所获得的发光量子产率比较低(<15%)，碳量子点宏观块体和薄膜目前几乎未见报道。 

发明内容

本发明的目的之一是提供一类具有高发光效率的有机功能化的发光碳量子点。 

本发明的目的之二是提供一类具有高发光效率的有机功能化的发光碳量子点的制备方法。 

本发明的目的之三是提供一类具有高发光效率的有机功能化的发光碳量子点的用途。 

本发明的有机功能化的发光碳量子点是由热解制备方法得到的：将低分解温度（150～300℃）的有机化合物在温度为150～350℃下加热(一般加热1～360分钟；加热方式包括有机热解、水热等)进行热解反应，经后处理提纯得到所述的有机功能化的发光碳量子点。 

本发明的有机功能化的发光碳量子点是一种无定形结构的超细碳纳米粒子，其粒径为1～10纳米；所述的有机功能化的发光碳量子点是在碳量子点的表面修饰有有机硅烷或带有酰胺基的有机高分子化合物。 

所述的有机功能化的发光碳量子点可在光照下发出蓝光或绿光（如图1所示），其中光照的波长为300～1064nm，相应的发光中心波长为400～550nm；所述的有机功能化的发光碳量子点的发光量子效率高达10～60%，并且所述的有机功能化的发光碳量子点可长久反复光照后发光；所述的有机功能化的发光碳量子点非常易溶于水和常见的有机溶剂中。 

所述的热解反应最快可在1分钟内完成。其中有机硅烷功能化的发光碳量子点可方便复合成多种功能的纳米杂化材料，如包覆二氧化硅层后得到的发光碳量子点/二氧化硅杂化材料（CDs/Silica，下同）可以用于活体细胞显像。这是一类结构新颖、制备方便、发光效率高、稳定可反复使用、无毒、无放射性、生产和使用安全的高发光碳量子点材料。令人感兴趣地是，由于有机硅烷的低成本和带有多种功能基团，这种崭新的方便和易重复的合成路线将提供一种合成半导体、金属/纳米晶及其纳米复合材料的新途径。