[发明专利]一种氮掺杂红光碳量子点的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂红光碳量子点的制备方法及其应用。本发明通过水热合成的方法制备了以具有共轭结构的4‑羧基苯基卟吩为前驱体并经过高温水热处理的氮掺杂红光碳量子点(RCDs)。其中，制备得到的RCDs在离子检测性能测试中展现了更好的灵敏度、更高的精确度和理想的抗干扰性，且在水溶液中显示出了更好的分散性和稳定性。

技术领域：

本发明属于纳米荧光材料的制备及应用技术领域，具体涉及一种氮掺杂红光碳量子点的制备方法及其应用。

背景技术：

碳量子点，具有优良的发光性能、可调的激发和发射光谱、稳定的光学性质以及优良的水溶性和生物相容性等特点，在生物成像、化学传感、光电器件、光催化等领域得到广泛的关注和研究。然而，当前碳量子点的发光多为蓝绿光，因其穿透生物组织深度浅、本身对生物组织有伤害等不足，限制了其在生物医学中的应用研究。此外，碳量子点单一的荧光成像能力难以满足其在光催化、白光LED方面的应用。

为更好地实现体外细胞成像和活体内更深层组织的荧光成像，扩展碳量子点的应用范围，关于红光碳量子点的制备方法相继出现。Ding等以对苯二胺和尿素为碳源，通过水热制备和凝胶分离分别得到发射波长位于蓝光区到红光区的碳点(Ding H,Yu S B,Wei JS,et al.Full-color light-emitting carbon dots with a surface-state-controlledluminescence mechanism[J],ACS Nano,2015,10(1):484-491.)。Zhan等将有机试剂芘硝化回流处理后，进一步置于有机溶剂中通过溶剂热反应制备得到了发射波长位于620nm的氮掺杂的红光碳量子点(Zhan J,Geng B,Wu K,et al.A solvent-engineered moleculefusion strategy for rational synthesis of carbon quantum dots with multicolorbandgap fluorescence[J],Carbon,2018,130:153-163.)。Liu等以邻苯二胺为碳源，通过调控硝酸剂量制备了氮掺杂的红光碳量子点(Liu J J,Li D,Zhang K,et al.One-stephydrothermal synthesis of nitrogen-doped conjugated carbonized polymer dotswith 31％efficient red emission for in vivo imaging[J],Small,2018:1703919.)。杨永珍等申请了一种发橙红光的碳量子点基荧光薄膜的制备方法的发明专利(杨永珍，王军丽，刘旭光，王亚玲，张峰，许并社.中国发明专利.公开号CN106992240A)。董国平等申请了一种碳氮化合物荧光粉及其制备方法的发明专利(董国平，张远浩，吴国波，马志军，彭明营，邱建荣.中国发明专利.公开号CN103086332A)。这些研究存在着一些不足之处：例如不可避免地使用强酸和有机化学试剂、反应消耗时间长、反应条件苛刻或者处理过程复杂，并且选用的原料价格比较高、不易获得，不能满足实际应用的需求。基于此，本发明通过采用异质元素掺杂、增加共轭程度等方式实现红光碳量子点的制备。设计了基于4-羧基苯基卟吩和柠檬酸为碳源，利用简单的一步水热法制备了水溶性好、稳定性强的红光碳量子点，该方法成本低、操作简单且环境友好。

发明内容：

本发明提供了一种氮掺杂红光碳量子点的制备方法及其应用。本发明利用碳基前驱体通过水热合成法制备出氮掺杂红光碳量子点。制备出的量子点具有光学性能优良、分散性好、抗干扰性能强等优点，其可在复杂体系中进行高灵敏度地离子检测。

本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种氮掺杂红光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)氮掺杂红光碳量子点的制备：分别加入溶剂溶解4-羧基苯基卟吩和柠檬酸，再将混合溶液加入到聚四氟乙烯反应釜中，得到深褐色液体，冷却至室温；过滤上述反应液，将滤液用透析膜透析72h；所述溶剂为水和乙二胺；