CN107555416A - 水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法，属于功能化荧光碳点的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：将碳源野枣干和钝化剂色氨酸溶于去离子水中，搅拌并混合均匀后置于高压反应釜中于150‑210℃水热反应3‑12h得到棕黄色液体，再将得到的棕黄色溶液冷却至室温后用孔径为0.22μm的滤膜过滤，从而得到氮掺杂荧光碳点。本发明合成路线简单、副反应少且总产率高，水热法反应条件温和，避免了使用有毒试剂，制得的氮掺杂荧光碳点不仅可以直接用作荧光探针检测物质的含量，而且可以用于生物标记和成像、光催化、光电设备和生物传感器等方面的研究。

Description

水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法

技术领域

本发明属于功能化荧光碳点的合成技术领域，具体涉及一种水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法。

背景技术

荧光碳点是继石墨烯、富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维之后的一种新型的碳纳米材料，它凭借其低毒性、良好的生物相容性、较高的化学稳定性及优良的光学稳定性等特点引起了人们的广泛关注。荧光碳点的诸多优势使其在荧光传感、生物成像、光催化、光电设备及药物载体等多个领域具有广阔的应用前景。目前已经探索出了许多荧光碳点的合成方法，总的来说，荧光碳点的合成方法可以分为自上而下法和自下而上法。自上而下法是指将尺寸较大的碳质材料破碎或者解离成为小分子，主要包括电弧放电法、激光消融法和电化学方法等。相反地，自下而上法指的是通过热解或者自聚将小分子反应成为具有较大粒径的物质，比如微波法、水热法和超声法等。其中水热法操作简单、条件温和可控被认为是制备高荧光碳点的最佳方法。另外，不同的碳源所得到的荧光碳点会具有不同的发光特性。目前，一些天然原材料和化学品已成功应用于荧光碳点的合成，但受到很多限制。因此，有必要寻找一种绿色、灵巧且以廉价原材料为碳源合成高荧光量子产率荧光碳点的方法。

荧光碳点是粒径小于10nm的具有荧光特性的碳纳米粒子，通常是由大量的氧、氢原子与SP ²杂化的碳原子组成，杂原子的加入可有效调节荧光碳点的光学特性，包括荧光碳点表面状态及电子分布等。如本发明合成的掺杂氮的荧光碳点不仅其荧光强度很高，而且有效提高了荧光量子产率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法，该方法以天然的野枣干作为碳源，以色氨酸为钝化剂，合成了具有高量子产率的荧光碳点，此荧光碳点中掺杂氮原子，有效调节荧光碳点的光学特性。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法，其特征在于：将碳源野枣干和钝化剂色氨酸溶于去离子水中，搅拌并混合均匀后置于高压反应釜中于150-210℃水热反应3-12h得到棕黄色液体，再将得到的棕黄色溶液冷却至室温后用孔径为0.22μm的滤膜过滤，从而得到氮掺杂荧光碳点。

进一步优选，水热反应温度优选为170℃，水热反应时间优选为9h，碳源野枣干与钝化剂色氨酸的质量比优选为2:1。

本发明合成路线简单、副反应少且总产率高，水热法反应条件温和，避免了使用有毒试剂，制得的氮掺杂荧光碳点不仅可以直接用作荧光探针检测物质的含量，而且可以用于生物标记和成像、光催化、光电设备和生物传感器等方面的研究。

附图说明

图1是本发明最优条件下制得的氮掺杂荧光碳点的傅里叶红外光谱图；

图2是本发明最优条件下制得的氮掺杂荧光碳点对不同金属离子的荧光响应图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

分别取野枣干1.0g、色氨酸0.5g和去离子水10mL搅拌混合均匀并置于50mL高压反应釜中，于170℃分别反应3h、6h、9h、12h、15h得到棕黄色溶液，再将得到的棕黄色溶液冷却至室温后通过孔径为0.22μm的滤膜过滤，所得的滤液定容于100mL容量瓶，使用荧光分光光度计（FP-6500 型荧光光谱仪，日本分光公司）分别测定所得溶液的荧光强度，结果见表1。

表1 水热反应温度对荧光碳点合成的影响

反应时间（h）	3	6	9	12	15
						荧光强度	776	863	908	840	821

由表1可知随着反应时间的延长，水热反应逐渐趋于完全，当反应时间为9h时，荧光强度达到最大，因此选择最佳的水热反应时间为 9h。

实施例2

分别取野枣干1.0g、色氨酸0.5g和去离子水10mL搅拌混合均匀并置于50mL高压反应釜中，分别于150℃、170℃、190℃和210℃水热反应9h得到棕黄色溶液，再将得到的棕黄色溶液冷却至室温后通过孔径为0.22μm的滤膜过滤，所得的滤液定容于100mL容量瓶，使用荧光分光光度计（FP-6500 型荧光光谱仪，日本分光公司）分别测定所得溶液的荧光强度，结果见表 2。

表2 水热反应温度对荧光碳点合成的影响

反应温度（℃）	150	170	190	210
					荧光强度	878	934	908	896

由表2可知随着水热反应温度的升高，所得的荧光碳点的荧光强度逐渐增强，当反应温度为170℃时达到最大，温度高于170℃所得溶液的荧光强度反而下降，这是由于升高温度有助于野枣的碳化，然而过高的温度可能导致碳点表面基团的脱落，影响荧光碳点的荧光强度，因此选择 170℃为最佳的水热反应温度。

实施例3

取野枣干1.0g，分别加入色氨酸0.3g、0.4g、0.5g、0.6g和0.7g，然后加去离子水10mL搅拌混合均匀并置于50mL高压反应釜中于170℃水热反应9h得到棕黄色溶液，再将棕黄色溶液冷却至室温后通过孔径为0.22μm的滤膜过滤，所得的滤液定容于100mL容量瓶，使用荧光分光光度计（FP-6500 型荧光光谱仪，日本分光公司）分别测定所得溶液的荧光强度，结果见表 3。

表3 色氨酸用量对荧光碳点合成的影响

色氨酸用量（g）	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7
						荧光强度	827	863	934	888	856

由表 3 可知随着色氨酸用量的改变，荧光强度不断改变。当加入量为0.5g时，所合成的荧光碳点强度最大，因此选择0.5g为最佳的色氨酸用量。

实施例4

取野枣干1.0g，然后加去离子水10mL搅拌混合均匀并置于50mL高压反应釜中，于170℃水热反应9h得到棕黄色溶液，再将棕黄色溶液冷却至室温后通过孔径为0.22μm的滤膜过滤，所得的滤液（无氮掺杂碳点）定容于100mL容量瓶，使用荧光分光光度计（FP-6500 型荧光光谱仪，日本分光公司）测定所得溶液的荧光强度为665，明显低于氮掺杂荧光碳点。

实施例5

分别考察了1mM的Ag⁺、Ba²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、K⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Mn²⁺、Li⁺、Mg²⁺、Pd²⁺、Al³⁺、Na⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Co²⁺和Hg²⁺共18种金属离子对最优条件下制得的氮掺杂荧光碳点荧光强度的影响，结果如图2所示。只有Hg²⁺对氮掺杂荧光碳点的猝灭程度较大，而其它金属离子对氮掺杂荧光碳点荧光的影响不大，说明氮掺杂荧光碳点对Hg²⁺产生荧光响应并且选择性较好。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (2)

1.水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法，其特征在于：将碳源野枣干和钝化剂色氨酸溶于去离子水中，搅拌并混合均匀后置于高压反应釜中于150-210℃水热反应3-12h得到棕黄色液体，再将得到的棕黄色溶液冷却至室温后用孔径为0.22μm的滤膜过滤，从而得到氮掺杂荧光碳点。

2.根据权利要求1所述的水热法合成氮掺杂荧光碳点的方法，其特征在于：水热反应温度优选为170℃，水热反应时间优选为9h，碳源野枣干与钝化剂色氨酸的质量比优选为2:1。