[发明专利]一种高荧光量子产率碳量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术。

背景技术

碳量子点(CQDs，以下简称为碳点)，因其良好的发光性能，优良的光稳定性，以及低毒性而被研究者们广泛关注。2006年，由Sun等人报道了表面被有机物钝化的碳纳米颗粒可以发出可见光，首先制得了碳点。2007和2008年有人又相继报道了两种方法制备发光碳纳米颗粒。分别是通过电化学方法处理多壁碳纳米管制备碳点和通过酸煮处理蜡烛灰的方法制备碳点。近期，Pang等用电化学法氧化石墨电极得到了可以发出多种颜色荧光的碳点。相较而言，以上所述的碳点都有些比较明显的缺陷，比如量子产率较低，半峰宽较宽等，而最普遍的现象是在聚集的时候，荧光会被猝灭掉，这也是荧光分子和量子点的通病。

而一种新现象可以从另一个方面克服量子点在聚集的时候荧光被猝灭的缺点，这种新现象就是聚集导致荧光增强。这种新现象最开始是由唐本忠教授在研究有机小分子时发现的。这种特殊的性质可以使某些经过设计的有机小分子在聚集的时候荧光不但不会被猝灭反而会增强。而这种独特的性质现在仅仅在有机小分子被发现，而在无机纳米颗粒中还没有相关报道。

针对以上问题，通过简单方法制备高量子产率并且具有聚集导致荧光增强现象的碳点是有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现在通用合成碳点量子产率较低的缺点，通过简单的水热反应一步法合成具有高荧光量子产率的碳点，该方法操作简单，合成步骤仅有一步，且不需要较高温度或者复杂后处理。

本发明的技术方案如下：

一种高荧光量子产率碳量子点的制备方法，步骤如下：

步骤1：将20毫升对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净待用；

步骤2:按质量比1:10:10（质量正负误差不超过5%），取富勒烯（C₆₀）、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），按1:59的体积比（体积正负误差不超过5%）量取1%双氧水和超纯水，且富勒烯（C₆₀）与双氧水的质量体积比为1:1,将以上反应物加入步骤（1）中洗净的反应釜内衬中；

步骤3：将反应釜内衬放入反应釜釜体中，加盖密封，然后将反应釜放入鼓风干燥箱中，于150±5°C反应一个小时，然后随炉自然冷却至室温，得到棕色溶液；

步骤4：以12000±500转每分钟离心10分钟，将上清液转移到离心管中即得到产物高荧光量子产率碳量子点。

本发明利用水热合成的方法，简单易得地合成了高量子产率的碳点，并且不需要后续的修饰步骤。该碳点的粒径大约为5nm，量子产率最高可以达到80.76%。并且具有聚集导致荧光增强的效果。可以预测，该独特的性质可能在能量转移，发光器件和细胞成像方面得到更广泛的应用。

附图说明

图1是透射电镜以及高分辨透射电镜对碳点的形貌进行表征，柱状图为统计图中粒子得到的粒径分布图。

图2是原子力显微镜对碳点高度的表征。上图为可视图像，下图为以上图红色和绿色两条线所过之处的高度变化图。

图3是动态光对碳点溶液的粒径统计。由于水分子的作用，该粒径大小会比电镜结果稍大。

图4是以硫酸奎宁为标准，线性拟合碳点和硫酸奎宁的量子产率。

图5是该碳点的吸收，激发，发射光谱图。内嵌图为该碳点分别在白光和紫外灯光照射下的图像。

图6是该碳点在不同激发光激发下的荧光光谱图。内嵌图为该一系列的荧光光谱的归一化光谱图。

图7是该碳点在ATP的静电作用下聚集后的透射电镜图（a-e图）。f图为a-e图中碳点溶液的荧光光谱图（其中激发光波长为320nm）。

图8是该碳点在加入不同浓度的氯化钠后的荧光强度变化趋势图（a图，其中激发光波长为320nm）。b图为该碳点在加入不同浓度的氯化钠后的动态光粒径变化趋势图。

具体实施方式

实施例1：

步骤1：将20毫升对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净待用。

步骤2：称取0.01g富勒烯（C₆₀），0.1g氢氧化钠，0.1g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），另外量取0.1mL1%双氧水（较多双氧水的加入会有危险）和5.9mL超纯水，将以上所称量的反应物加入步骤1中洗净的反应釜内衬中。

步骤3：将反应釜内衬放入反应釜釜体中，加盖密封。然后将反应釜放入鼓风干燥箱中，于150°C反应一个小时，然后随炉自然冷却至室温，得到棕色溶液。