[发明专利]一种铋量子点及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料合成领域，尤其涉及量子点制备技术领域，具体涉及一种铋量子点及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人类社会的发展，重金属污染问题愈加严重，对人类健康产生了巨大的威胁。因此，在环境保护和食品安全监控等方面建立快速且准确的方法显得尤为重要。溶出伏安分析是一种常见的电化学分析方法，近年来被广泛应用于小分子的痕量检测。该分析技术的关键是修饰电极的制备，传统的电极材料为汞膜，其毒性和挥发性都是致命的缺陷。而在2000年，Joseph Wang团队发表《Bismuth-Coated Carbon Electrodes for Anodic Stripping Voltammetry》论文，自此开始，铋电极变成了传统汞膜检测痕量重金属离子的代替品。铋电极无毒，无挥发性，对操作人员的健康不会造成威胁。

常规的铋电极，需要先在含铋离子的溶液中沉积一次单质铋，这个方法制备的电极，存在易脱落，不均一等一系列问题。采用铋纳米材料修饰电极却是解决均一性和稳定性的好方法，且可以提高检测精度。但令人遗憾的是，之前研究主要合成了一些微米级别的铋纳米结构材料，作为修饰材料则会出现脱落、检测精度低等现象。CN 104070178A公开了一种粒径可控的单分散铋纳米粒子的合成方法，但其合成的粒径普遍在10nm以上，其修饰的电极不适用液体中痕量重金属离子的检测；且制备过程复杂、还使用了对环境有污染的材料。

因此，从现有技术来看，高品质、粒径分布均一、环保高效的铋纳米材料需要新的方法和技术研究。本领域亟待开发一种能够用于痕量重金属离子检测的粒径在10纳米以下的铋量子点。

发明内容

针对现有技术工艺复杂、操作污染环境、产出率低且普遍生成的铋量子点在10nm以上而不适用于痕量重金属检测的不足，本发明的目的在于提供一种高质量、环保无污染、生产成本低、工艺简单且粒径小于10nm的铋量子点，及其制备方法。

一方面，本发明涉及一种铋量子点的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在含有可溶性糖，和氨基酸、肽或蛋白质的溶液中加入硝酸铋，混合均匀后得反应液；

(2)向反应液中快速加入硼氢化钠溶液；

(3)将反应液升温至130℃～180℃进行反应，例如可以是130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃；反应结束后冷却至室温，经过滤，透析后，干燥，得到铋量子点。

本发明以可溶性糖和氨基酸、肽或蛋白质作为调控剂，能够实现可控制备不同长度粒径铋量子点的目的。本发明利用糖类和氨基酸、肽或蛋白质中存在的羟基、氨基等官能团与铋离子络合，根据形成化学键的不同，实现不同的络合程度，从而达到控制铋量子点粒径尺寸的目的。

在本发明提供的铋量子点制备过程中，步骤(2)所述反应液升温过程是关键因素，控制其在130～180℃之间，有利于有效控制铋量子点的粒径和生产效率。如果其反应液升温至大于180℃，致使反应速度过快，会使量子点粒径过大，不适于痕量金属离子的检测；若温度小于130℃，致使反应速度过慢，会使量子点的生产效率过低。

本发明提供的铋量子点的制备方法中，对于硝酸铋的加入量的选择，本发明不做具体限定。依赖于本发明所提供的铋量子点的制备方法，本领域技术人员可以依据实际情况对硝酸铋的加入量进行选择，从而制备出不同粒径的铋量子点，用于不同重金属离子的痕量检测。

典型但非限制性地，反应液中硝酸铋的浓度为0.001g/mL～15g/mL，例如可以是0.001g/mL、0.005g/mL、0.01g/mL、0.05g/mL、0.1g/mL、0.15g/mL、0.25g/mL、0.5g/mL、1g/mL、2g/mL、5g/mL、7g/mL、10g/mL、13g/mL、15g/mL。

优选地，所述氨基酸、肽或蛋白质可溶于水；即任何可溶于水的氨基酸，可溶于水的肽，或可溶于水的蛋白质均能够用于本发明，具体选择何种氨基酸、肽或蛋白质本发明不做具体限定，本领域技术人员可以根据所掌握的专业知识进行选择。

优选地，所述氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸或牛磺酸中的任意1种或至少2种的组合，例如甘氨酸和丙氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸和牛磺酸的组合；其中，优选为甘氨酸。

优选地，所述肽为谷胱甘肽和/或双甘肽。

优选地，所述蛋白质为牛血清白蛋白。