[发明专利]一种掺氮碳量子点及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种掺氮碳量子点及其制备方法及应用，所述掺氮碳量子点，将有机酸和有机胺加热混合，得到掺氮的碳量子点水分散液，随后添加柠檬酸钠和酒石酸钾，置于反应釜中反应，加压反应后进行萃取及冷冻真空干燥，即得。本发明方法操作简单，环境友好，对设备要求低，制得的掺氮量子点具有优异的发光性能，能够广泛应用于广电材料、生物成像、荧光探针等领域。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体是一种掺氮碳量子点及其制备方法及应用。

背景技术

量子点材料是一种准零维的纳米材料，通常是指半径小于激子玻尔半径的半导体纳米晶体，具有显著的量子限域效应。传统的量子点指半导体量子点，由稀土元素II-VI和III-V族元素组成(如CdS、PbS、CdSe、InAs、InP等)。此类量子点毒性大、制备成本高且环境污染严重，限制了其广泛应用。2004年美国拉罗莱纳州大学WalterA.Scrivens教授在制备单壁碳纳米管时意外发现了一种碳纳米颗粒荧光材料，即它在光照或者特定波长光波激发下可以发出明亮的光。2006年Sun等人用激光刻蚀法在实验室成功制备出碳纳米颗粒，并正式命名为“碳量子点”(Carbonquantumdots，简称CQDs)，逐渐成为光致发光领域的研究热点。碳量子点作为碳材料家族(碳纳米管，金刚石，石墨烯等)中的“最小成员”，具有以下特点：其粒径一般小于10nm、同时具备下转化和上转化发光性能、光稳定性极好、无光漂白和光闪烁、易于表面功能化、生物相容性好等优异特性，有望成为传统半导体量子点的替代物。目前制备碳量子点的方法很多，如激光刻蚀法、电化学电、电弧放电法、微波法等，但这些方法无论是从原料上还是制备流程上都很复杂，操作麻烦，原料及设备昂贵，工艺繁琐，产率低，且量子产率极低(<10％)，往往需进一步的后处理才能得到荧光产额高发光性能好的碳量子点，这也极大的限制了碳量子点的大规模制备和广泛应用。因此，如何选用廉价易得的原材料，通过一步反应制备出高量子产率和优异光致发光特性的碳量子点，已成为这个领域的重大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺氮碳量子点及其制备方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种掺氮碳量子点，按照重量份的原料为：有机酸25-30份、有机胺15-30份、柠檬酸钠8-16份、酒石酸钾4-10份。

作为本发明进一步的方案：所述掺氮碳量子点，按照重量份的原料为：有机酸26-29份、有机胺23-26份、柠檬酸钠11-15份、酒石酸钾5-9份。

作为本发明进一步的方案：所述掺氮碳量子点，按照重量份的原料为：有机酸28份、有机胺24份、柠檬酸钠13份、酒石酸钾7份。

作为本发明进一步的方案：所述有机酸为乳酸、琥珀酸或枸橼酸中的任意一种。

作为本发明进一步的方案：所述有机胺为二乙醇胺、三乙烯二胺、3-甲氧基苯胺或邻溴苯胺中的任意一种。

一种掺氮碳量子点的制备方法，具体步骤为：

按计量比将有机酸和有机胺加热混合，加热温度为120℃-140℃，得到掺氮的碳量子点水分散液，随后添加柠檬酸钠和酒石酸钾，置于反应釜中反应，压力为20MPa-40MPa，加压反应后进行萃取及冷冻真空干燥，即得。

作为本发明进一步的方案：具体步骤中加热温度为130℃。

作为本发明进一步的方案：具体步骤中压力为30MPa。

所述的掺氮碳量子点在荧光探针中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：