一种制备黄色或绿色硅量子点的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备黄色或绿色硅量子点的方法，包括如下步骤：(1)将硅源、第一还原剂和第二还原剂分散于超纯水中，然后在保护性气体的保护下进行搅拌得到混合溶液；(2)将步骤(1)得到的混合溶液在反应容器中进行加热反应，即得到硅量子点溶液；(3)将步骤(2)得到的硅量子点溶液与有机试剂混合，接着离心后干燥，即可得到固体硅量子点。本发明专利技术基于第一还原剂与第二还原剂的协同作用，通过简单的水相法一步合成高量子产率的绿色或黄色硅量子点，并通过调节加热反应的温度可合成出不同发射波长的硅量子点，本发明专利技术中绿色硅量子点的量子产率为38.31％，黄色硅量子点的量子产率为29.36％。

【技术实现步骤摘要】
一种制备黄色或绿色硅量子点的方法
本专利技术属于纳米材料
，更具体地，涉及一种制备黄色或绿色硅量子点的方法。
技术介绍
硅量子点是一种新型的硅纳米材料，其相对于传统的半导体量子点及有机染料具有毒性小、生物相容性好、发光范围可调、易于功能化等优点，使其在生物医学、光电子、催化和传感等领域具有广泛的应用前景。硅量子点的制备方法多种多样，但是大多数方法所合成的是硅量子点呈蓝色荧光。由于短波长(蓝色)硅量子点对组织的穿透性差，限制其体内深层组织的光学影像，此外几乎所有生物组织对短波长可见光都会产生自发荧光，从而干扰影像效果，而长波长(绿色至红色)硅量子点易于透过机体深层组织，使其在体内成像、癌症治疗、发光二极管等方面的应用更广泛。目前关于长波长(绿色至黄色)硅量子点合成的报道较少，通常通过表面改性、电化学消解或者超高温度环境消解的改变等手段来实现。但是这些方法都存在一些共同的缺点，反应时间较长，反应温度较高，对仪器的要求高，制备过程以及产物纯化过程复杂，并且目前使用一步水热法合成的绿色硅量子点的投入原料量过多，成本较高，而使用一步水热法合成出黄色硅量子点暂未见到报道。于是，合成方法简便，投料量少，量子产率高的黄色、绿色硅量子点的制备成为一个研究热点。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种制备黄色或绿色硅量子点的方法，其中通过对制备方法的整体流程工艺，以及关键合成反应所采用的条件、参数(包括反应原料的种类及配比等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决黄色或绿色硅量子点制备难的问题，现有技术大部分方法制备的是蓝色硅量子点，仅有少部分制备黄色或绿色硅量子点的方法，但既然是这些制备黄色或绿色硅量子点的现有技术方法仍存在量子产率低、操作复杂、对仪器设备要求高等的问题，本专利技术基于还原剂1(即第一还原剂)与还原剂2(即第二还原剂)的协同作用，采用硅源原料，通过简单的水相法一步合成高量子产率的绿色或黄色硅量子点，并优选通过制备方法各个参数之间的整体配合，尤其是通过调节加热反应的温度可单独制得黄色硅量子点或绿色硅量子点(当然，本专利技术制备方法也可以得到黄色硅量子点和绿色硅量子点混合产物)。本专利技术中绿色硅量子点的量子产率为38.31％，黄色硅量子点的量子产率为29.36％；本专利技术原料便宜易得，操作绿色环保，合成的硅量子点水溶性良好，光化学性能稳定，量子产率高，在荧光标记成像及分析检测等领域具有广泛的应用前景。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种制备黄色或绿色硅量子点的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硅源、第一还原剂和第二还原剂分散于超纯水中，然后在保护性气体的保护下，进行搅拌，得到混合溶液；(2)将所述步骤(1)得到的所述混合溶液转移至反应容器中，通入保护性气体排除氧气后进行加热反应，即得到硅量子点溶液；(3)将所述步骤(2)得到的所述硅量子点溶液与有机试剂混合，接着离心后干燥，即可得到固体硅量子点。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述硅源为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷以及脲硅烷中的至少一种，优选为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；所述第一还原剂为邻苯二酚、间苯二酚以及原儿茶酸中的至少一种；优选的，所述第一还原剂为邻苯二酚；所述第二还原剂为柠檬酸钠、亚硫酸钠、尿素、硫脲、抗坏血酸以及葡萄糖中的至少一种；优选的，所述第二还原剂为柠檬酸钠。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述混合溶液中分散的所述硅源、所述第一还原剂、所述第二还原剂三者的质量之比为(0.206～1.03)：(0.000275～0.0033)：(0.0068～0.068)；优选的，每10ml体积的所述超纯水对应的所述混合溶液中分散的硅源为0.206～1.03g，分散的第一还原剂为0.000275～0.0033g，分散的第二还原剂为0.0068～0.068g。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述加热反应是在100～160℃的反应温度下反应2～6h。作为本专利技术的进一步优选，记所述步骤(2)中的所述加热反应是加热至温度T，则当所述硅源为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，所述第一还原剂为邻苯二酚，所述第二还原剂为柠檬酸钠，所述T满足130℃＜T≤160℃时，得到的硅量子点为绿色硅量子点；当所述硅源为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，所述第一还原剂为邻苯二酚，所述第二还原剂为柠檬酸钠，所述T满足100℃≤T≤130℃时，得到的硅量子点为黄色硅量子点。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述保护性气体为氮气或氩气；所述搅拌的时间为5～60min。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述加热反应是将所述混合溶液置于密闭的反应容器中，并将该反应容器置于加热容器内进行加热；所述反应容器为水热反应釜或圆底烧瓶；所述加热容器为微波水热反应仪、油浴锅、电热恒温鼓风干燥箱或电热套；优选的，所述加热反应为高压密闭的水热反应。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述有机试剂为乙腈、乙醇、甲醇、丙酮或二甲亚砜；所述硅量子点溶液与所述有机试剂是按体积比1:2～10进行混合的；优选的，所述有机试剂为乙腈，所述硅量子点溶液与乙腈是按体积比1:4进行混合的；所述离心是在5000～15000rpm的转速下使用超滤管离心处理5～30min；所述干燥是采用保护性气体吹干、冷冻干燥、或真空干燥。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，利用还原剂1与还原剂2的协同作用进行合成反应，能够取得以下有益效果：1.本方法采用简单的水相法一步合成高亮黄色、绿色硅量子点，其原料便宜易得，操作绿色环保，易于工厂大规模生产。本专利技术采用还原性强弱存在差异的两类还原剂，第一还原剂(即还原剂1)还原性弱，第二还原剂(即还原剂2)还原性强，并基于还原剂1与还原剂2的协同作用，通过简单的水相法一步合成高量子产率的绿色或黄色硅量子点。本专利技术通过调节加热反应的温度可合成出不同发射波长的硅量子点(如发射波长为530-540nm的黄色发光硅量子点和发射波长为510-525nm的绿色发光的硅量子点)。本专利技术可以以N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷或脲硅烷等可用于向反应体系提供硅元素的含有硅元素的原料作为硅源，采用酚类弱还原剂作为第一还原剂，采用强还原剂作为第二还原剂，优选以邻苯二酚、间苯二酚以及原儿茶酸作为还原剂1，以柠檬酸钠、亚硫酸钠、尿素、硫脲、抗坏血酸以及葡萄糖作为还原剂2，并可通过调节此三者与水混合得到的混合溶液在反应容器中进行加热反应的温度T合成不同颜色的硅量子点。优选的，当硅源为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，还原剂1为邻苯二酚，还原剂2为柠檬酸钠，混合溶液在反应容器中进行加热反应的温度130℃＜T≤160℃时，得到的硅量子点为绿色硅量子点；当硅源为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，还原剂1为邻苯二酚，还原剂2为柠檬酸钠，混合溶液在反应容器中进行加热反应的温度100℃≤T≤130℃时，得到的硅量子点为黄色硅量子点；例如，将混合溶液在反应容器中进行加热反应的温度T控制为150℃可合成出绿色硅量子点，将混合溶液在反应容器中进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备黄色或绿色硅量子点的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硅源、第一还原剂和第二还原剂分散于超纯水中，然后在保护性气体的保护下，进行搅拌，得到混合溶液；(2)将所述步骤(1)得到的所述混合溶液转移至反应容器中，通入保护性气体排除氧气后进行加热反应，即得到硅量子点溶液；(3)将所述步骤(2)得到的所述硅量子点溶液与有机试剂混合，接着离心后干燥，即可得到固体硅量子点。

【技术特征摘要】
1.一种制备黄色或绿色硅量子点的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硅源、第一还原剂和第二还原剂分散于超纯水中，然后在保护性气体的保护下，进行搅拌，得到混合溶液；(2)将所述步骤(1)得到的所述混合溶液转移至反应容器中，通入保护性气体排除氧气后进行加热反应，即得到硅量子点溶液；(3)将所述步骤(2)得到的所述硅量子点溶液与有机试剂混合，接着离心后干燥，即可得到固体硅量子点。2.如权利要求1所述制备黄色或绿色硅量子点的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述硅源为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷以及脲硅烷中的至少一种，优选为N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；所述第一还原剂为邻苯二酚、间苯二酚以及原儿茶酸中的至少一种；优选的，所述第一还原剂为邻苯二酚；所述第二还原剂为柠檬酸钠、亚硫酸钠、尿素、硫脲、抗坏血酸以及葡萄糖中的至少一种；优选的，所述第二还原剂为柠檬酸钠。3.如权利要求1所述制备黄色或绿色硅量子点的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述混合溶液中分散的所述硅源、所述第一还原剂、所述第二还原剂三者的质量之比为(0.206～1.03)：(0.000275～0.0033)：(0.0068～0.068)；优选的，每10ml体积的所述超纯水对应的所述混合溶液中分散的硅源为0.206～1.03g，分散的第一还原剂为0.000275～0.0033g，分散的第二还原剂为0.0068～0.068g。4.如权利要求1所述制备黄色或绿色硅量子点的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，张芷夏，郝建，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42