[发明专利]一种高量子产率锌掺杂碳点的合成方法及其应用

说明书

本发明属于生物医药领域，特别是指一种高量子产率锌掺杂碳点的合成方法及其应用。步骤如下：（1）前驱体的合成：将柠檬酸三钠与氯化锌加入水中，在pH4‑6、水浴条件下，磁力搅拌5 h，然后加入无水乙醇，离心收集沉淀清洗2‑4次，然后将沉淀溶于水中，经冷冻干燥得前驱体柠檬酸锌配合物TC‑Zn；（2）将步骤（1）制得的前驱体分别在100‑400℃煅烧0.5‑24 h，即得锌掺杂碳点。本发明考察了煅烧时间和煅烧温度对两种锌掺杂碳点荧光强度的影响，确立了Zn@C‑A和Zn@C‑B的最佳煅烧工艺。该制备过程简单，产量高，适用于工业生产。

技术领域

本发明属于生物医药领域，特别是指一种高量子产率锌掺杂碳点的合成方法及其应用。

背景技术

碳点 carbon dots (CDs)自2004年首次被发现报道以来，由于其特殊的尺寸效应，相比于活性炭、石墨等常见的碳材料，产生了许多独特的特性，如良好的水溶性、生物相容性、光稳定性、电化学发光性、高度可调谐的光致发光性等，这些特性，使得它们成为生物医学、化学传感器、催化、光电子等各个领域的新兴研究热点。然而，由于CDs的特殊粒径导致容易发生聚集，引起明显的荧光淬灭，所以CDs固体没有荧光，只有在溶液中才能表现出荧光，这限制了CDs在光电子和光催化等领域中的应用。随着对CDs研究的不断深入，通过化学杂原子掺杂的方法，人们发明了越来越多的各种掺杂的CDs，以提高荧光效率和电子传输性能。其中一些显示了具有可调谐发射的激发依赖性荧光发射，一些具有pH依赖的荧光发射，一些CDs具有上转换荧光。常用的非金属掺杂元素有氮、硼、硅、硫、磷等，由氮和硫共掺杂，尽管采用掺杂或表面钝化技术，可以使CDs量子产率显著增加，但绝大多数CDs的量子产率都不超过50%。相比于传统的半导体量子点常见的大于80%的量子产率，CDs的低量子产率仍然是目前急需解决的难点。与非金属掺杂的CDs相比，由于金属离子对CDs有一定的猝灭作用，掺杂效率通常较低，因此金属掺杂的CDs相关研究才刚刚起步。

人们发现通过金属原子掺杂CDs，可以对掺杂碳点的结构和带隙进行调节，提高光学性能，获得各种新的功能，如Cu、Gd(III)、Ni、Eu(III)、α-Bi₂O₃、TiO₂、Cu-Al₂O₃等。然而，这些重金属原子掺杂不仅增加了CDs的毒性，限制了其在生物学和医学领域的应用，还增加CDs的生产成本，对环境有一定的污染。因此，研究一种具有高荧光效率和低毒性金属掺杂的CDs，是目前研究的热点。理想的掺杂金属原子应该是对环境无害的，不应使掺杂的CDs产生任何毒副作用，这类金属常见的有：钙、铁、锌等。其中锌是人体生理和生化功能中必需的基本膳食微量金属之一。锌缺乏会影响免疫系统，导致发育迟缓、食欲不振、皮肤粗糙、性腺机能减退、精神疲惫、反复感染等。而且，相比于钙、铁离子对CDs的荧光猝灭作用，锌离子可以显著增加CDs的荧光强度。此外，CDs常用的制备方法是溶剂热法，在后续处理中需要大量的能量消耗，低产量和繁琐的处理过程，使得金属掺杂的CDs仅限于实验室研究。

发明内容

本发明提出一种高量子产率锌掺杂碳点的合成方法及其应用，提高了Zn金属碳点的量子产率，且意外得到了两种稳定性强、发光强度高、在水溶液中和固体中荧光效果好的锌掺杂碳点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高量子产率锌掺杂碳点的合成方法，步骤如下：

（1）前驱体的合成：将柠檬酸三钠与氯化锌加入水中，在pH4-6、水浴条件下，磁力搅拌5 h ，然后加入无水乙醇，离心收集沉淀清洗2-4次，然后将沉淀溶于水中，经冷冻干燥得前驱体柠檬酸锌配合物TC-Zn；

（2）将步骤（1）制得的前驱体分别在100-400℃煅烧2-4 h，即得锌掺杂碳点。

所述步骤（1）中柠檬酸三钠与氯化锌的摩尔比为1：（0.6-1），无水乙醇的添加量为反应体系体积的3-4倍。