[发明专利]一种制备黄色或绿色碳点的方法

说明书

本发明公开了一种制备黄色或绿色碳点的方法，包括如下步骤：(1)将碳源、钝化剂和还原剂分散于超纯水中，然后在保护性气体的保护下，进行搅拌，得到混合溶液；(2)将步骤(1)得到的混合溶液在反应容器中进行加热反应，即得到碳点溶液；(3)将步骤(2)得到的碳点溶液直接置于超滤管中或者与有机试剂混合，接着离心后干燥，即可得到固体碳点。本发明基于钝化剂与还原剂的协同作用，通过简单的水相法一步合成高量子产率的绿色或黄色碳点，并通过调节碳源、钝化剂与还原剂的质量比可合成出不同发射波长的碳点，本发明中绿色碳点的量子产率为22.5％，黄色碳点的量子产率为18.4％。

技术领域

本发明属于纳米材料的技术领域，更具体地，涉及一种制备黄色或绿色碳点的方法。

背景技术

碳量子点(即碳点)是一种新型的碳纳米材料，其相对于传统的半导体量子点及有机染料具有毒性小、生物相容性好、发光范围可调、易于功能化等优点，使其在生物医学、光电子、催化和传感等领域具有广泛的应用前景。碳点的制备方法多种多样，但是大多数方法所合成的是碳点呈蓝色荧光。由于短波长(蓝色)碳点对组织的穿透性差，限制其体内深层组织的光学影像，此外几乎所有生物组织对短波长可见光都会产生自发荧光，从而干扰影像效果，而长波长(绿色至红色)碳点易于透过机体深层组织，使其在体内成像、癌症治疗、发光二极管等方面的应用更广泛。

目前关于长波长(绿色至黄色)碳点合成的报道较少，通常通过表面改性、杂原子掺杂或者合成原料的改变等手段来实现。但是这些方法都存在一些共同的缺点，反应时间较长，反应温度较高，对仪器的要求高，制备过程以及产物纯化过程复杂，并且合成的绿色碳点的量子产率仅有5％左右，黄色碳点的量子产率也只能达到10％左右，使其在生物等领域的应用受到限制。于是，合成方法简便，量子产率高的黄色、绿色碳点的制备成为一个热点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种制备黄色或绿色碳点的方法，其中通过对制备方法的整体流程工艺，以及关键合成反应所采用的条件、参数(包括反应原料的种类及配比等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决黄色或绿色碳点制备难的问题，现有技术大部分方法制备的是蓝色碳点，仅有少部分制备黄色或绿色碳点的方法，但这些方法存在量子产率低、操作复杂、对仪器设备要求高等的问题，本发明基于钝化剂与还原剂的协同作用，通过简单的水相法一步合成高量子产率的绿色或黄色碳点，并优选通过制备方法各个参数之间的整体配合，尤其是通过改变反应物比例可合成不同颜色的荧光碳点，可单独制得黄色碳点或绿色碳点，本发明中绿色碳点的量子产率为22.5％，黄色碳点的量子产率为18.4％；本发明原料便宜易得，操作绿色环保，合成的碳点水溶性良好，光化学性能稳定，量子产率高，在荧光标记成像及分析检测等领域具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种制备黄色、绿色碳点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将碳源、钝化剂和还原剂分散于超纯水中，然后在保护性气体的保护下，进行搅拌，得到混合溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的所述混合溶液转移至反应容器中，通入保护性气体排除氧气后进行加热，即得到碳点溶液；

(3)将所述步骤(2)得到的所述碳点溶液直接置于超滤管中或者与有机试剂混合，接着离心后干燥，即可得到固体碳点。

作为本发明的进一步优选，所述碳源原料优选为维生素C；

所述步骤(1)中，所述还原剂为柠檬酸、草酸、尿素、硫代硫酸钠、柠檬酸钠、亚硫酸钠、葡萄糖、硫脲以及甲醛中的至少一种；优选的，所述还原剂为柠檬酸；

所述钝化剂为聚乙烯亚胺、乙二胺、聚乙二醇、以及氨基酸中的至少一种；优选的，所述钝化剂为聚乙烯亚胺，该聚乙烯亚胺的分子量为600、1800、10000、或70000，更优选为1800。