[发明专利]一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光学领域，且特别涉及一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料的制备及应用，制备方法包括如下步骤：按照质量比0.15：a：b称取鸟嘌呤、磷酸和硼酸溶于体积比1:1的水和乙醇中，室温下超声1.5 h使其形成均一混合溶液，然后将混合溶液装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180℃条件下反应8.0 h后，自然冷却至室温，得到亮黄色液体，离心清洗，即得到荧光纳米材料，其中，a的取值范围为(0,0.30]，b的取值范围为(0,0.60]。本发明采用简单的水热合成法高温处理硼和磷的无机酸，成功合成具有上转换光学性能的BNPCN纳米材料，极大改变了碳基荧光纳米材料的光学性能。实验结果表明，该BNPCN纳米探针材料对环境中铅离子具有非常好的特异性作用，且能实现其高灵敏度检测。

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的进步发展和人类活动的不断加剧，一些污染物如重金属离子被排放进水体，通过直接饮用或经食物链给人类生存带来巨大威胁。铅离子作为最重要的重金属离子之一，能和体内的蛋白质及各种酶发生相互作用，影响机体的正常功能；可在骨骼、肝脏、肾脏等器官中富集，引发慢性中毒。因此，环境中痕量铅离子的分析检测对环境污染监测和人体暴露评估具有重要意义。基于人类的健康以及生态系统的稳定发展，发展一种高选择、高灵敏以及简单有效的方法来实时监测环境中铅离子含量显得尤为重要。碳基纳米材料作为荧光纳米材料家族中的成员，以其优异的光学性能及形貌特性，使其在环境分析检测、临床热疗、细胞标记和活体成像等领域得到较为广泛的应用，它的出现有望在现代材料科学领域引发一轮革命，应用前景非常广阔。利用上转换硼氮磷共掺杂碳基（BNPCN）荧光纳米材料独特的上转换光学特性与环境中重金属铅离子特异性结合，将有望制备低浓度重金属离子检测的传感装置。目前，具有上转换光学性能碳基荧光纳米材料的制备及应用还很匮乏，所得产物量子产率较低、选择性较差，从而严重影响对复杂环境体系中重金属离子检测的选择性和灵敏度。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料；

本发明的第二个目的是提供一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料的制备方法；

本发明的第三个目的是提供一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料作为纳米探针的应用，具体提供一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料作为纳米探针高选择高灵敏检测金属铅离子的检测方法。

本发明采用简单的水热合成法高温处理硼和磷的无机酸，且成功合成具有上转换光学性能的BNPCN纳米材料，由于缺电子的硼元素、磷元素的掺杂使碳基纳米材料从传统的高能量激发得到低能量发射波长到低能量激发得到高能量发射的过渡，极大地改变了碳基荧光纳米材料的光学性能。实验结果表明，该BNPCN纳米探针材料对环境中铅离子具有非常好的特异性作用，且能实现其高灵敏度检测。本发明所制得的产品不仅可以实现对铅离子的高灵敏检测，同时由于其独特的光学特性还使其作为其它临床热疗、光学探针及复合碳基纳米材料的制备等领域。该方法制备工艺简单、操作条件温和。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料的制备方法，包括如下步骤：按照质量比0.15：a：b称取鸟嘌呤、磷酸和硼酸溶于体积比1:1的水和乙醇中，室温下超声1.5 h使其形成均一混合溶液，然后将混合溶液装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180 ℃条件下反应8.0 h后，自然冷却至室温，得到亮黄色液体，离心清洗，即得到光学性能优异的荧光纳米材料，其中，a的取值范围为(0,0.30]，b的取值范围为(0,0.60]。选用鸟嘌呤、磷酸和硼酸分别为碳氮源和磷硼源，有利于多元素在碳基材料中的掺杂。

作为本申请的优选技术方案，所述离心转速为12000 r/min，离心时间为20 min。

本发明还保护上述制备方法制备得到的上转换硼氮磷共掺杂碳基荧光纳米材料。