一种荧光增强型碳量子点及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种荧光增强型碳量子点的制备方法，包括如下步骤：(1)取葡萄糖，加入水和乙二醇的混合液中，充分混合均匀；(2)往上述混合液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷和聚酰胺-胺，充分混合均匀，得到反应混合液；(3)将上述反应混合液装入反应釜中，在100~200℃下水热反应1~8小时；(4)取出反应釜，自然冷却至室温，即可得到荧光增强型碳量子点。本发明专利技术采用水热合成法一步得到经聚酰胺-胺和3-氨丙基三乙氧基硅烷表面修饰作用的水溶性碳点，大大简化了工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种荧光增强型碳量子点及其制备方法，属于荧光碳纳米材料领域。
技术介绍
碳量子点简称碳点CDs(Carbon Dots)是近年来出现的一种新型碳基荧光纳米颗粒。和传统的有机荧光染料相比，碳量子点具有荧光强度高、光稳定性好、耐光漂白、发射波长和激发波长可调控等优点。同时，与半导体量子点相比，又具有毒性低、生物相容性好、低分子量和小粒径等特点，因此，碳量子点在生物成像以及生物分析等领域具有很好的应用前景。目前，碳点的合成方法有：激光消融法，浓酸氧化法，电化学制备法，模板法，微波辅助法，水热合成法等。其中，水热合成法的优势在于：制备步骤简单，制备周期短，所需合成条件易于实现，产物无需复杂后处理，利于批量合成等。另一方面，为了改善碳点的荧光性能，现有技术报道过可以进一步采用有机物对碳点表面进行修饰钝化。然而，现有的修饰钝化方法中，碳点的形成和修饰过程往往是分步进行，工艺步骤较多，操作非常较繁琐；而且改善的荧光性能效果并不理想。因此，开发一种操作简单易行，同时又能有效改善碳点荧光性能的荧光增强型碳量子点及合成方法，显然具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种荧光增强型碳量子点及其制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种荧光增强型碳量子点的制备方法，包括如下步骤：(1) 取葡萄糖，加入水和乙二醇的混合液中，充分混合均匀；(2) 往上述混合液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷和聚酰胺-胺，充分混合均匀，得到反应混合液；r>所述3-氨丙基三乙氧基硅烷、聚酰胺-胺和葡萄糖的质量比为500~1000：0.5~2：30；(3) 将上述反应混合液装入反应釜中，在100~200℃下水热反应1~8小时；(4) 取出反应釜，自然冷却至室温，即可得到荧光增强型碳量子点。上文中，所述步骤(1)和步骤(2)中的充分混合均匀都可以采用超声混合的方法，步骤(1)中的超声时间为1~60min，步骤(2)中的超声时间为10~100min。所述步骤(2)中，3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）可以采用体积浓度为98%的溶液，其密度为0.946g/mL；聚酰胺-胺（PAMAM）可以采用体积浓度为10%的溶液，其密度为0.813g/mL。上述技术方案中，所述步骤(1)中水和乙二醇的体积比为0.1~10。上述技术方案中，所述步骤(1)中葡萄糖与水的用量比例为每100mL水加入0.1~20g葡萄糖。优选的，所述步骤(2)中3-氨丙基三乙氧基硅烷、聚酰胺-胺和葡萄糖的质量比为630：1：30。优选的，所述步骤(3)中，反应釜在150~180℃下水热反应2~3小时。优选2小时45分钟。上述技术方案中，所述步骤(3)中，反应釜中的压力为2~3 MPa。本专利技术同时请求保护由上述制备方法得到的荧光增强型碳量子点。优选的，所述碳量子点的粒径为1~2 nm。本专利技术的工作原理是：本专利技术采用廉价易得的葡萄糖为碳源，葡萄糖和乙二醇在水热法提供的高温高压条件（反应是在反应釜中进行，反应釜本身可提供高压环境）下发生缩醛反应，生成表面富含羟基和醛基的荧光碳点，而PAMAM和APTES表面都含有大量的活性基团（-NH2），氨基可以有效的与碳点表面的活性基团结合，形成氢键或离子键，从而更好的修饰了碳点表面的能级势阱，使得碳点的荧光得到稳定，另一方面，由于PAMAM是枝状结构，APTES经过水解之后是网状结构，它们在与碳点结合的同时，也一定程度的让碳点处于分散状态，具有较好的分散性，这也能对碳点荧光的增强起到作用；即：具有高度支化结构的聚合物PAMAM以及具有网状结构的APTES溶胶凝胶的存在，一方面作为模板，可以很好地控制纳米粒子的生长，得到分散性好、大小均一的碳点；另一方面，富含胺基的APTES溶胶凝胶以及PAMAM很容易与碳点表面的羟基或醛基成键而有效的修饰碳点，使得碳点表面的能级势阱被修饰，从而显著改善其荧光性能。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1、本专利技术设计了一种荧光增强型碳量子点的制备方法，采用水热合成法一步得到经聚酰胺-胺（PAMAM）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）表面修饰作用的水溶性碳点，避免了现有技术中碳点的形成和修饰过程分步进行的问题，因而大大简化了工艺；本专利技术的合成方法操作简单，条件易控制，且产物无需复杂处理；2、本专利技术在碳点的形成过程中将富含胺基的3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）以及聚酰胺-胺（PAMAM）同时修饰到了碳点表面，在两种修饰剂的协同作用下，使合成所得碳点的荧光性能有显著增强；实验证明，与现有技术相比，采用本专利技术的方法制得的碳点的荧光性能明显增强；相同条件下，本专利技术制得的碳点荧光强度是裸碳点的两百多倍，是单独用PAMAM修饰的碳点的二十多倍，是单独用APTES修饰的碳点的两倍多，取得了意想不到的技术效果；3、本专利技术以枝状聚合物聚酰胺-胺（PAMAM）以及3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶胶凝胶为模板，利用聚酰胺-胺（PAMAM）高度支化结构以及3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶胶凝胶网状结构可容纳纳米粒子的空腔，很好地控制纳米粒子的生长，得到了分散性好、大小均一的碳点，因此在生物成像以及生物分析等领域具有很好的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例一的碳点的场发射透射电镜图。图2是本专利技术实施例和对比例中碳点荧光性能的比较图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进一步描述。实施例一：一种荧光增强型碳量子点的制备方法，包括如下步骤：取0.1g葡萄糖粉末，加入2.5mL水和2.5mL乙二醇的混合液，超声30min使其混合均匀；往上述混合液中加入2.2mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶液和40微升聚酰胺胺（PAMAM)溶液，超声60min使其混合均匀；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷、聚酰胺-胺和葡萄糖的质量比为630：1：30；将所得混合液装入反应釜中，在180℃的烘箱中反应2小时45分钟；最后取出反应釜，自然冷却至室温，得到荧光增强型碳量子点。参见附图1所示，碳点的场发射透射电镜图，说明本实施例得到了分散性好、大小均一的碳点。实施例二：一种荧光增强型碳量子点的制备方法，包括如下步骤：取1g葡萄糖粉末，加入25mL水和25mL乙二醇的混合液，超声30min使其混合均匀；往上述混合液中加入20mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶液和400微升聚酰胺胺（PAMAM)溶液，超声60min使其混合均匀；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷、聚酰胺-胺和葡萄糖的质量比为573：1：30；将所得混合液装入反应釜中，在175℃的烘箱中反应3小时；最后取出反应釜，自然冷却至室温，即可得到荧光增强型碳量子点。对比例一取0.1g葡萄糖粉末，加入2.5mL水和2.5mL乙二醇的混合液，超声30min使其混合均匀；往上述混合液中加入2.2mL 3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光增强型碳量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1) 取葡萄糖，加入水和乙二醇的混合液中，充分混合均匀；(2) 往上述混合液中加入3‑氨丙基三乙氧基硅烷和聚酰胺‑胺，充分混合均匀，得到反应混合液；所述3‑氨丙基三乙氧基硅烷、聚酰胺‑胺和葡萄糖的质量比为500~1000：0.5~2：30；(3) 将上述反应混合液装入反应釜中，在100~200℃下水热反应1~8小时；(4) 取出反应釜，自然冷却至室温，即可得到荧光增强型碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种荧光增强型碳量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 取葡萄糖，加入水和乙二醇的混合液中，充分混合均匀；
(2) 往上述混合液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷和聚酰胺-胺，充分混合均匀，得到反应混合液；
所述3-氨丙基三乙氧基硅烷、聚酰胺-胺和葡萄糖的质量比为500~1000：0.5~2：30；
(3) 将上述反应混合液装入反应釜中，在100~200℃下水热反应1~8小时；
(4) 取出反应釜，自然冷却至室温，即可得到荧光增强型碳量子点。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中水和乙二醇的体积比为0.1~10。
3.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴莹，汤文洁，李乾华，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32