[发明专利]一种具有上下转换荧光的碳点的绿色合成方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光碳点的制备领域，具体涉及一种碳点的绿色合成方法。

背景技术

荧光碳点作为一种新型荧光纳米材料，由于其好的水溶性、固有的化学惰性、简单的化学修饰、较高的耐光漂白性、低毒性和很好的生物相容性使得碳点受到研究者的重视。近年来很多的方法，比如电化学氧化、水热、酸热解、模板制备、微波、超声、电弧放电和激光蚀刻等均被用于合成荧光碳点。大部分合成方法其合成设备及材料的昂贵、操作的复杂、副产物的非环保性限制了其工业化生产和在各个领域的广泛应用。其中水热法操作简单、过程可控、条件温和被公认为是最佳的合成方法。利用水热法合成碳点的方法中大多是采用含碳的小分子为原料，或者在水热过程中添加一些其他物质，比如酸、碱、无机盐或者有机溶剂来改变水热环境从而得到较好性质的碳点。近来以绿色原料作为碳源合成荧光碳点成为研究的焦点，因为以绿色原料为碳源合成碳点具有低成本、绿色环保等优点。目前，Lu及其课题组成员使用柚子皮作为碳源合成蓝色荧光碳点并用其作为荧光探针实现对Hg²⁺的灵敏检测；Sahu 等在乙醇溶剂中热解橘子汁得到高强度荧光碳点；Zhou 等通过一步水热法由西瓜皮也获得了量子产率为7.1%的荧光碳点。然而，这些绿色合成方法所获的碳点其较低的荧光量子产率和使用无机物等辅助剂或有机溶剂；其光的单一性以及对pH的敏感性等限制了其在化学、环境、生物及生命科学中的广泛应用，且这些方法合成的碳点未见报道其具备上转换功能。

上转换发光是基于双光子或多光子过程, 发光中心相继吸收两个或者多个光子, 经过无辐射弛豫达到发光能级, 从而跃迁至基态产生短波长光子， 即将低频率激发光转换成高频率发射光。近红外光作为其激发源也带来了许多优势，如较深的光穿透深度、对生物组织几乎无损伤、生物组织不会发光(无背景荧光)等。传统的上转换发光材料主要是基于稀土离子掺杂所得微米或纳米粒子。但是该上转换材料是基于稀土金属，其合成过程操作繁琐，所得材料颗粒较大且合成之后大多需要修饰，因此增加了应用的操作复杂性。相对稀土上转换材料而言，具有上转换荧光性质的碳点合成简单，粒子只有几个纳米，不需要后修饰；同时碳点绿色环保，具有更小的毒性。因此，碳点的上转换荧光具有广阔的应用空间。

现有碳点的合成方法大多需要前处理等几步操作、使用强酸或者表面钝化剂来辅助合成。因此，其合成方法使用的设备昂贵，操作复杂，副产物污染严重；合成的碳点发光稳定性差，光学性质易受外界的干扰且发光单一。且目前以绿色廉价原料为碳源水热合成的碳点大多不具有上转换性质或者其上转换荧光性质较差，并且基于其上转换荧光的分析应用还未见报道。因此有必要寻找一种简单的、以廉价的原料为碳源来合成具有上下转换功能的荧光碳点的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种以廉价原料为碳源，以水为溶剂，绿色合成具有上下转换性质的荧光碳点。该方法合成步骤简单，不需要前处理操作，不需要使用强酸或者表面钝化剂来辅助合成，原料廉价易得，合成条件温和可控，绿色环保，荧光量子产率高，光耐漂白性和稳定性好。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种具有上下转换功能的荧光碳点的合成方法，具体步骤为：

1）将辣椒片加入水中，其中辣椒片与水的质量比例为：辣椒片:水=1-8:1，均匀混合，得混合物；

2）将混合物转移至水热釜内，于120℃-200 ℃下水热2 h -10 h；

3）冷却，过滤，得到棕色液体，将棕色液体离心10-20 分钟后取上清液，将上清液用截留量为3500透析袋透析，收集随透析10-30小时后的透出液，即得荧光碳点。

步骤1）所述辣椒片与水的质量比例优选为：辣椒片:水=2- 4: 1。

步骤2）优选在170℃ - 190℃下水热4-6h。

步骤2）优选在180℃下水热5h。

步骤3）优选将上清液用截留量为3500透析袋透析，收集随透析20小时后的透出液。

相对于现有的以廉价原料为碳源水热法合成碳点的方法而言，本方法不采用任何添加剂和使用有机和无机试剂，仅仅采用辣椒和水作为反应物，通过优化水热时间、水热温度、原料与水的比来获得优异性质的碳点。所得碳点其荧光量子产率和上转换性质优于大多以生物材料为碳源合成的碳点。