CN112625424A - 一种基于荧光碳点的化学发光凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于荧光碳点的化学发光凝胶及其制备方法和应用，属于碳纳米材料技术领域，包括以下步骤：S1、将柠檬酸和尿素加入溶剂Ⅰ中，制备混合液；将所述混合液于140‑220℃下进行水热反应，制得荧光碳点；S2、将S1制得的荧光碳点、双草酸酯和交联剂或粘度调节剂制备均一溶液，之后浓缩，制得化学发光凝胶；解决现有技术中化学发光体需要液相环境才能实现高亮度长寿命化学发光的难题，并可应用于植物景观观赏。

Description

一种基于荧光碳点的化学发光凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种基于荧光碳点的化学发光凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
化学发光，作为一种不需要外部激发光源的发光现象，其在生产和生活中具有极其广泛的应用。双草酸酯化学发光体系作为已知自然界中除生物发光现象之外效率最高的化学发光体系，其在化学发光冷光源、化学分析检测、化学发光生物成像等方面取得了重要的研究进展。目前常见的双草酸酯化学发光体系是双草酸酯-过氧化氢-发光染料化学发光体系，其作为一种液相高效化学发光***，使用时一般是处于溶剂环境中，且溶剂环境对其发光时长、发光亮度均具有较大的影响，即溶剂环境限制了双草酸酯化学发光体系的应用，因此进一步研发新的双草酸酯化学发光体系，打破溶剂环境对双草酸酯化学发光体系的限制，有利于进一步利用双草酸酯的化学发光性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于荧光碳点的化学发光凝胶及其制备方法和应用，解决现有技术中双草酸酯化学发光体系需要液相环境才能实现高亮度长寿命化学发光的难题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个目的是提供一种基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、将柠檬酸和尿素加入溶剂Ⅰ中，制备混合液；将所述混合液于140～220℃下进行水热反应，制得荧光碳点；
S2、将S1制得的荧光碳点、双草酸酯和交联剂或粘度调节剂制备均一溶液，之后浓缩，制得化学发光凝胶。
优选地，S1中，溶剂Ⅰ为氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺或水。
优选地，S1中，柠檬酸和尿素质量比为1:2～3。
优选地，S1中，将水热反应后的粗产物溶于溶剂Ⅱ中，之后过滤，浓缩滤液制得荧光碳点，溶剂Ⅱ与溶剂Ⅰ相同。
优选地，S1中，所述水热反应的时间为4～12h。
优选地，S2中，交联剂为泊洛沙姆F127，荧光碳点、双草酸酯和交联剂的质量比为1:0.5～3:100～500。
优选地，S2中，粘度调节剂为分子量为400～4000的聚乙二醇，荧光碳点、双草酸酯和粘度调节剂的质量比为1:0.5～3:200～1500。
优选地，S2中，所述均一溶液的制备具体为：将荧光碳点溶于乙醇形成溶液Ⅰ，双草酸酯和交联剂或粘度调节剂溶于乙酸乙酯形成溶液Ⅱ，将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合均匀后即可。
本发明的第二个目的是提供由上述制备方法制得的化学发光凝胶。
本发明的第三个目的是提供上述化学发光凝胶在植物景观观赏方面的应用。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明提出使用荧光碳点代替传统荧光染料大分子制备了双草酸酯-碳点凝胶体系，在过氧化氢环境中可以实现高亮度、长寿命化学发光，避免了传统双草酸酯化学发光体系必须在液相环境中使用的难题；相比于传统液相环境＜3cd m-2的亮度和10min左右的发光时间，本发明制备的凝胶化学发光亮度高(4cd m-2)，发光时间较长(30min)；
(2)双草酸酯-碳点凝胶体系喷洒过氧化氢溶液后，该凝胶可以发射明亮的化学发光，其可以应用于化学发光冷光源方面，同时，该凝胶粘度可调，因而可以在植物景观观赏的方面具有一定的应用前景。
附图说明
图1为水热法制备荧光碳点的示意图；
图2为实施例1制得的凝胶的结构示意图；
图3为实施例1制得的碳点在双草酸酯-过氧化氢化学发光体系的发光现象图；
图4为向实施例1制备的凝胶喷洒过氧化氢溶液后发光图；
图5为将实施例1制备的凝胶喷洒于植物表面并喷洒过少量氧化氢溶液后发光图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法；下述试剂和原料，如没有特殊说明，均为市售。
实施例1
一种红色化学发光凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取1g质量分数为99％的柠檬酸和2g尿素，加入20ml氮氮二甲基甲酰胺(DMF)中，常温下进行超声震荡，得混合溶液；将震荡后的混合溶液置于50mL水热反应釜中后，在高温反应炉中加热至160℃，保温4h后自然降温至室温；将反应后的混合溶液溶于10mLDMF，过滤除去沉淀后，保留上层清液，使用旋转蒸发仪蒸干，即为红色荧光碳点；
S2、取制备的2mg红色荧光碳点溶于20mL乙醇，取1mg双草酸酯(CPPO)和2g长链高分子泊洛沙姆作为交联剂(Poloxamer，F127)溶于乙酸乙酯，将两种溶液混合均匀后，旋转蒸发除去溶剂，制得红色化学发光凝胶。
实施例2
一种红色化学发光凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取2g质量分数为99％的柠檬酸和6g尿素，加入10ml氮氮二甲基甲酰胺(DMF)中，常温下进行超声震荡，得混合溶液；将震荡后的混合溶液置于50mL水热反应釜中后，在高温反应炉中加热至140℃，保温12h后自然降温至室温；将反应后的混合溶液溶于50mLDMF，过滤除去沉淀后，保留上层清液，使用旋转蒸发仪蒸干，即为红色荧光碳点；
S2、取制备的10mg红色荧光碳点溶于5mL乙醇，取30mg双草酸酯(CPPO)和2g PEG400溶于乙酸乙酯，将两种溶液混合均匀后，旋转蒸发除去溶剂，制得红色化学发光凝胶。
实施例3
一种红色化学发光凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取1.5g质量分数为99％的柠檬酸和4g尿素，加入15ml氮氮二甲基甲酰胺(DMF)中，常温下进行超声震荡，得混合溶液；将震荡后的混合溶液置于50mL水热反应釜中后，在高温反应炉中加热至220℃，保温5h后自然降温至室温；将反应后的混合溶液溶于20mL DMF，过滤除去沉淀后，保留上层清液，使用旋转蒸发仪蒸干，即为红色荧光碳点；
S2、取制备的6mg红色荧光碳点溶于10mL乙醇，取15mg双草酸酯(CPPO)和3gPEG800溶于乙酸乙酯，将两种溶液混合均匀后，旋转蒸发除去溶剂，制得红色化学发光凝胶。
实施例4
一种绿色化学发光凝胶的制备方法，包括以下步骤：
制备方法同实施例1，不同之处在于，将S1中的DMF替换为氮氮二甲基乙酰胺(DMAC)，其他步骤不变，可得所需绿色化学发光凝胶。
实施例5
一种蓝色化学发光凝胶的制备方法，包括以下步骤：
制备方法同实施例1，不同之处在于，将步骤A中的DMF替换为去离子水，其他步骤不变，可得所需蓝色发光凝胶。
上述实施例1～5制备的化学发光凝胶性能近似，下面仅以实施例1为例说明相关性能。
图1为水热法制备荧光碳点的示意图，以柠檬酸和尿素为原料，使用简单的一步水热法，即可制备碳纳米点。图2为凝胶的结构示意图，由图可知：通过调节交联剂F127用量或用不同分子量的PEG调节体系粘度，可制备具有不同粘度的化学发光凝胶。
图3为基于荧光碳点的化学发光，将红色荧光碳点加入双草酸酯与过氧化氢的混合溶液后，溶液出现明亮的红色化学发光。其发光机理如下所示：
Figure BDA0002846259430000061
Ar为
Figure BDA0002846259430000062
使用荧光碳点作为双草酸酯体系化学发光体的原理为：双草酸酯被过氧化氢氧化，生成激发态的中间产物，高能中间体通过能量共振转移，将能量传递给荧光碳点，使荧光碳点处于激发态，荧光碳点退激发，发射出不同能量的光子，产生化学发光。
图4为向实施例1制备的凝胶喷洒过氧化氢溶液后发光图，可见该凝胶可发射明亮红色化学发光，发光亮度可达4cd m-2，发光时间可达30min。
图5为将实施例1制备的凝胶喷洒于植物表面，并喷洒过少量氧化氢溶液，可看到植物表面发出红色光，可用于植物景观观赏。
综上所述，本发明提出使用表面具有长链的荧光碳点代替传统荧光染料大分子制备双草酸酯-碳点-长链高分子的化学发光凝胶的策略，该凝胶粘度可调，同时在存在过氧化氢时可以实现高亮度、长寿命化学发光，避免了双草酸酯化学发光体系必须在液相环境中进行的难题；制备的凝胶化学发光亮度高(约4cd m-2)，发光时间较长(约30分钟)；将该化学法发光凝胶喷洒过氧化氢溶液后，该凝胶可以发射明亮的化学发光，其可以应用于化学发光冷光源方面，同时，由于该凝胶粘度可调，因而可以在植物景观观赏的方面具有一定的应用前景。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将柠檬酸和尿素加入溶剂Ⅰ中，制备混合液；将所述混合液于140～220℃下进行水热反应，制得荧光碳点；
S2、将S1制得的荧光碳点、双草酸酯和交联剂或粘度调节剂制备均一溶液，之后浓缩，制得化学发光凝胶。
2.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S1中，溶剂Ⅰ为氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺或水。
3.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S1中，柠檬酸和尿素质量比为1:2～3。
4.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S1中，将水热反应后的粗产物溶于溶剂Ⅱ中，之后过滤，浓缩滤液制得荧光碳点，溶剂Ⅱ与溶剂Ⅰ相同。
5.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S1中，所述水热反应的时间为4～12h。
6.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S2中，交联剂为泊洛沙姆F127，荧光碳点、双草酸酯和交联剂的质量比为1:0.5～3:100～500。
7.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S2中，粘度调节剂为分子量为400～4000的聚乙二醇，荧光碳点、双草酸酯和粘度调节剂的质量比为1:0.5～3:200～1500。
8.根据权利要求1所述的基于荧光碳点的化学发光凝胶的制备方法，其特征在于，S2中，所述均一溶液的制备具体为：将荧光碳点溶于乙醇形成溶液Ⅰ，双草酸酯和交联剂或粘度调节剂溶于乙酸乙酯形成溶液Ⅱ，将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合均匀即可。
9.根据权利要求1～8任一项制备方法制得的化学发光凝胶。
10.根据权利要求9所述的化学发光凝胶在植物景观观赏方面的应用。
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