[发明专利]一种掺氮高致发光的碳量子点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种掺氮高致发光的碳量子点及其制备方法

背景技术

量子点(quantumdots，QDs)又可称为纳米晶，是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级。量子点一般为球形或类球形，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的、稳定直径在2～20nm的纳米粒子。量子点是在纳米尺度上的原子和分子的集合体，既可由一种半导体材料组成，如由II、VI族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或III、V族元素(如InP、InAs等)组成，也可以由两种或两种以上的半导体材料组成，如CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdSe/ZnS等。

作为一种新颖的半导体纳米材料，量子点具有许多独特的纳米性质。如量子点具有很好的光稳定性。量子点的荧光强度比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍，它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察，这也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提供了有力的工具。另外，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。总之，基于量子效应，量子点在太阳能电池，发光器件，光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。

碳量子点是2004年由美国克莱蒙森大学的科学家首次制造的新型的纳米材料。与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。它在包括改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。而且，由于其高化学稳定性、低毒性、高产率和生物相容性引起了研究者的广泛关注。碳量子点具有替代有毒的金属量子点的潜力，在细胞标记、医疗诊断、生物图像和催化等领域有着良好的应用前景。

目前，碳量子点的制备方法有很多，报道的有高温高压切除法、蜡烛燃烧法、电化学扫描法，但通常制备出的是无荧光碳纳米颗粒或荧光性能较差的碳量子点。为了提高所得碳量子点的发光强度，拓宽其在细胞标记等领域的应用，选择合适碳源和有效提高发光强度的制备方法，简易制备水容性好、发光强度高的碳量子点意义重大。

发明内容

为克服现有技术中存在的碳量子点荧光强度较弱的不足，本发明的目的之一在于提供一种低毒性、高稳定性，且发光强度高的水溶性掺氮碳量子点及其制备方法。

为达到本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种掺氮高致发光的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)以柠檬酸钠溶液为碳源，再加入乙二胺，溶解得到前驱体溶液；

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液置于反应釜中，密封后反应，冷却至室温得悬浊液；

(3)分离步骤(2)所得悬浊液；

(4)干燥步骤(3)所得分离后的溶液，得到所述掺氮高致发光的碳量子点。

本发明是通过掺杂来改变碳量子点内部能带结构，从而实现制备高致发光的碳量子点。

作为优选技术方案，本发明所述的制备方法，步骤(1)所述柠檬酸钠溶液浓度为0.2-1.0mol/L，例如为0.35mol/L、0.44mol/L、0.53mol/L、0.70mol/L、0.85mol/L、0.96mol/L等，优选为0.5mol/L。

优选地，步骤(1)所述柠檬酸钠溶液与所述乙二胺的体积比为100:0.5-5，例如为100:0.9、100:1.5、100:2.4、100:4、100:4.8等，优选为100:1-3。如果柠檬酸钠溶液与所述乙二胺溶液的体积比低于100:0.5，荧光强度增加不明显，如果柠檬酸钠溶液与所述乙二胺溶液的体积比大于100:5后，荧光强度也不再明显增加。因此，本发明选择柠檬酸钠溶液与所述乙二胺溶液的体积比为100:0.5-5，既可以使得荧光强度有显著增加，又使得原料成本最小化。

优选地，步骤(1)所述溶解通过搅拌进行完全溶解。

作为优选技术方案，本发明所述的制备方法，步骤(2)所述反应釜为不锈钢高压釜，优选为聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。

优选地，步骤(2)所述反应的温度为100-300℃，例如为110℃、130℃、160℃、180℃、220℃、270℃等，优选为150-240℃；反应的时间为3h以上，例如为4h、5.5h、7h等，优选为6h。

作为优选技术方案，本发明所述的制备方法，步骤(3)所述分离使用过滤进行，优选为使用圆筒形膜分离过滤器进行。

优选地，所述的圆筒形膜分离过滤器为截留分子量3kDa，5kDa，10kDa或30kDa中的1种或2种以上的组合。