一种硼掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种硼掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用，该纳米材料的表面B原子成分为11.61％，用水热法制备硼掺杂碳基(B‑Cdots)荧光纳米材料并将其应用于铅离子和铜离子的检测。本发明专利技术的优点是：本发明专利技术采用简单的水热合成法合成高含量B的B‑Cdots荧光纳米材料，有效提高了B原子的掺杂含量，有利于扩展碳基荧光材料在环境检测中的应用范围，解决了合成B掺杂纳米材料需要苛刻实验条件这一技术难题，实现了重金属离子高选择性的检测。荧光实验测试表明，该B‑Cdots荧光纳米材料对Pb

Boron doped carbon based fluorescent nano material and preparation method and application thereof

The invention discloses a boron doped carbon based nano fluorescent material and preparation method and application thereof, the composition of the surface B atoms of nano materials is 11.61%, hydrothermal synthesis of boron doped carbon (B Cdots) fluorescent nano materials and its application in detection of lead ion and copper ion. The invention has the advantages that the B Cdots fluorescent nano material of the invention adopts B synthesis of high content of a simple hydrothermal method, effectively improve the doping content of B atoms, to expand the scope of application of carbon based fluorescent materials in environmental detection, solve the synthesis of B doped nano materials to the harsh experimental conditions technical problems, realize the detection of heavy metal ions with high selectivity. Fluorescence experiments show that the B Cdots fluorescent nano materials on Pb

【技术实现步骤摘要】
一种硼掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种硼掺杂碳基荧光纳米材料，尤其涉及通过硼掺杂碳基荧光纳米材料低浓度检测水体中铅离子和铜离子的检测方法。
技术介绍
在自然界中，环境中的重金属离子污染物是一类能够诱导有机体致突变、致畸形和致癌的物质，人如果长期处于含有重金属离子及其化合物的环境中，即使在很低的浓度下，亦可以导致人类的一些疾病，包括某些肝病、肾病、心血管慢性疾病和一些中枢神经系统疾病。基于人类以及生态系统的发展前景，发展一种高灵敏、高选择以及简单有效的方法来监测环境中重金属离子含量显得尤为重要。荧光掺杂碳基纳米材料作为荧光纳米材料家族中一位崭新的成员，以其优异的光学性能及尺寸特性，使其在细胞标记、活体成像、医疗诊断和环境分析检测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。利用硼掺杂碳基荧光纳米材料B-Cdots纳米材料独特的光学特性和结构组成与环境中重金属离子的特异性结合，将有望制备低浓度离子检测的传感器。目前，B-Cdots荧光纳米材料的制备主要采用高温热解掺杂技术，所得产物量子产率低、选择性差，从而严重影响对金属离子检测的选择性和灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种新型硼掺杂碳基荧光纳米材料及其制备方法和应用，以解决现有技术制备方法所得产物量子产率低、选择性差，从而严重影响对金属离子检测的选择性和灵敏度，并将其应用于低浓度检测水体中铅离子和铜离子，本专利技术所采用的技术方案为：一种硼掺杂碳基荧光纳米材料，该纳米材料的表面B原子成分为11.61%。所述硼掺杂碳基荧光纳米材料的制备方法，包括以下步骤：称取1.1g抗坏血酸和0.5g硼酸置于100mL烧杯中，然后逐次加入25mL水和25mL乙醇，室温下超声30min，然后用NaOH将其调节至pH10.0，最后将所得前驱液平均分装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180°C条件下反应9.0h后，自然冷却至室温；得到黑棕色溶液置于冰箱中静置5d用以去除一些大体积的颗粒物质，最后将产物离心清洗，即制得硼掺杂碳基荧光纳米材料。所述的采用水热法制备的B-Cdots纳米材料，反应溶液的pH值首先调节至10.0，使其H3BO3表面携带大量的B-O基团，在高温水热作用下，H3BO3，抗坏血酸及C2H5OH分子原位均匀聚合，形成B-Cdots纳米材料。由于纳米材料表面含有大量的亲水基团，使其B-Cdots纳米材料均匀地分散于水相中。所述硼掺杂碳基荧光纳米材料的应用，用于对Pb2+和Cu2+的检测。所述硼掺杂碳基荧光纳米材料检测Pb2+或Cu2+的方法，包括以下步骤：量取10.0μL浓度为3.0mgmL−1B-Cdots置于2.0mL的离心管中，依次加入50µL50mMpH7.4Tris-HCl缓冲溶液，不同浓度的Pb2+离子标准溶液，孵化3-10分钟后用二次水将其定容到500μL，最后静置反应30min后，在激发波长为350nm、激发和发射狭缝宽均为5nm的条件下，测其B-Cdots最大荧光强度的变化，然后根据B-Cdots的荧光淬灭程度（[(FL0-FL)/FL0]）绘制标准曲线，测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度（[(FL0-FL)/FL0]）与上述绘制的标准曲线对比，得出相应的待测样品浓度。所述的在B-Cdots溶液中通过调节溶液的反应pH值，可以选择性的检测水体中的重金属离子种类，在pH7.4的条件下，通过加入Cu2+离子的螯合剂焦磷酸盐（PPi），可以选择性单独检测Pb2+离子，pH为9.0时，可以同时检测Pb2+、Cu2+和Co2+离子。所述硼掺杂碳基荧光纳米材料检测Pb2+或Cu2+的方法，检测Pb2+离子的浓度范围为25.0nM-250μM，最低检测限为8.47nM（3δ）；检测Cu2+离子的浓度范围为50.0nM-300μM，最低检测限为13.56nM（3δ）。所述硼掺杂碳基荧光纳米材料同时检测Pb2+、Cu2+和Co2+离子的方法，包括以下步骤：量取10.0μL浓度为3.0mgmL−1B-Cdots置于2.0mL的离心管中，依次加入50µL50mMpH9.0Tris-HCl缓冲溶液，不同浓度的Pb2+离子、Cu2+离子或Co2+离子标准溶液，孵化3-10分钟后用二次水将其定容到500μL，最后静置反应30min后，在激发波长为350nm、激发和发射狭缝宽均为5nm的条件下，测其B-Cdots最大荧光强度的变化，然后根据B-Cdots的荧光淬灭程度（[(FL0-FL)/FL0]）绘制标准曲线，测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度（[(FL0-FL)/FL0]）与上述绘制的标准曲线对比，得出相应的待测样品浓度。所述硼掺杂碳基荧光纳米材料同时检测Pb2+、Cu2+和Co2+离子的方法，可以通过选择不同pH测试不同的金属离子。本专利技术的优点是：有效提高了被检测离子的灵敏度和选择性，有利于降低其检测限，B-Cdots荧光纳米材料的表面B原子成分为11.61%，主要以B-O和B-C基团存在，以及大量的-COOH、-OH等基团。荧光检测结果表明，所制备的B-Cdots荧光纳米材料对水体中铅离子和铜离子具有优异的选择性，并能实现两种离子的高灵敏检测，有效扩展了掺杂碳基材料合成技术和应用范围。本专利技术采用简单的水热合成法合成均匀分散的B-Cdots纳米材料，有效提高了B原子的掺杂原子含量，有利于扩展碳基荧光材料在环境检测中的应用范围，解决了合成B掺杂纳米材料需要苛刻实验条件这一技术难题，实现了重金属离子高选择性的检测。荧光实验测试表明，该B-Cdots荧光纳米材料对Pb2+和Cu2+离子皆具有优异的特异性作用，并能实现对两者的高灵敏度检测。本专利技术所制得的产品不仅可用于重金属离子的检测，同时还可应用于作为其它荧光传感器的荧光探针，以及污染物治理、荧光装置的材料和复合纳米材料的制备等许多领域。附图说明图1是B-Cdots荧光纳米材料的红外光谱图谱（FT-IR）。图2-5是B-Cdots荧光纳米材料的元素分析图谱（XPS）。图6是Cdots（a）、B-Cdots（b）的紫外光谱图以及B-Cdots在350nm激发下的发射光谱图（内插图：B-Cdots在可见光下和365nm紫外灯下的发射图片）。图7和8是B-Cdots荧光纳米材料荧光检测Pb2+离子的结果图。图9和10是B-Cdots荧光纳米材料荧光检测Cu2+离子的结果图。图11是本专利技术材料构建的传感器实际检测的结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步阐述，本专利技术并不限于此。（1）水热法制备B-Cdots荧光纳米材料：称取1.1g抗坏血酸和0.5g硼酸置于100mL烧杯中，然后逐次加入25mL水和25mL乙醇，室温下超声30min，然后用1MNaOH将其调节至pH10.0，最后将所得前驱液平均分装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180°C条件下反应9.0h后，自然冷却至室温。得到黑棕色溶液置于冰箱中静置5d用以去除一些大体积的颗粒物质，最后将产物离心清洗，离心清洗转速为9,000~10,000rpm，离心时间为20min，即制得荧光性能优异的B-Cdots荧光纳米材料，离心清洗后的黑棕色上清液在4°C下保存；（2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼掺杂碳基荧光纳米材料，其特征在于该纳米材料的表面B原子成分为11.61％。

【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂碳基荧光纳米材料，其特征在于该纳米材料的表面B原子成分为11.61％。2.一种如权利要求1所述的硼掺杂碳基荧光纳米材料的制备方法，包括以下步骤：称取1.1g抗坏血酸和0.5g硼酸置于100mL烧杯中，然后逐次加入25mL水和25mL乙醇，室温下超声30min，然后用NaOH将其调节至pH10.0，最后将所得前驱液平均分装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180℃条件下反应9.0h后，自然冷却至室温；得到黑棕色溶液置于冰箱中静置5d用以去除一些大体积的颗粒物质，最后将产物离心清洗，即制得硼掺杂碳基荧光纳米材料。3.一种如权利要求1所述的硼掺杂碳基荧光纳米材料的应用，用于对Pb2+和Cu2+的检测。4.一种如权利要求1所述的硼掺杂碳基荧光纳米材料检测Pb2+或Cu2+的方法，包括以下步骤：量取10.0μL浓度为3.0mgmL-1B-Cdots置于2.0mL的离心管中，依次加入50μL50mMpH7.4的Tris-HCl缓冲溶液，不同浓度的Pb2+离子标准溶液，孵化3-10分钟后用二次水将其定容到500μL，最后静置反应30min后，在激发波长为350nm、激发和发射狭缝宽均为5nm的条件下，测其B-Cdots最大荧光强度的变化，然后根据B-Cdots的荧光淬灭程度([(FL0-FL)/FL0])绘制标准曲线，测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠霞，王伟，于贤贺，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32