一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法技术

一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法采用狗尾草做原料，这种原料相比于现有的有机碳等物质，不但成本极低，而且环保无污染，简便易得，不需要复杂的制备过程或前处理手段；实现硼、磷和硫多种杂原子对碳量子点的同时掺杂，这不但极大的改善了制备出的碳量子点的荧光性能，还意味的发现该改性后的碳量子点对Cd2+具有突出的选择性，检测限低至0.1nM；得到最终的产物性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法
本专利技术涉及材料科学
，具体涉及一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法。
技术介绍
碳量子点作为碳材料中的重要一员，自2004年被发现以来，由于其优异的化学、物理性能一直吸引着广大科研人员的极大兴趣。一般来讲，碳量子点是指一种类球形的碳纳米颗粒，其直径在10nm以下，与其他的半导体量子点，如CdTe、CdSe、CdS等相比，碳量子点具有很好的生物相容性、水溶性、低毒性且制备极其简单快速，制备成本也较低，这些优势使得关于碳量子点的研究不断推陈出新，大量的研究将其应用到各个领域，比如：生物成像、荧光标记、荧光检测、光电器件等领域。目前，关于荧光检测（也称作荧光探针）主要有两种方式，一种是荧光增强型（Turn-on），一种是荧光猝灭型（Turn-off），其中，后一种方式主要是依靠碳量子点表面的各种含氧基团如—OH、—COOH、—CO，这些基团可以有选择性的与特定的金属离子进行特异性结合，当金属离子与上述基团结合后，碳量子点的荧光便会发生猝灭，这就意味着可以对该金属离子进行特异性的检测。随着对碳量子点本身的不断深入研究，人们惊奇的发现，当使用杂原子对碳量子点进行掺杂后，其物理性能，尤其是荧光性能有了很大的提升。如北京师范大学ShuhuaLi等人在分析化学的著名期刊《AnalyticalChemistry》上发表的题为“Sulfur-DopedGrapheneQuantumDotsasaNovelFluorescentProbeforHighlySelectiveandSensitiveDetectionofFe3+”的文章中，作者使用电化学的方法制备出了一种硫掺杂的石墨烯量子点，将该石墨烯量子点用于对金属离子的检测，发现其对Fe3+具有很好的特异性选择功能，在0-0.7μM的浓度范围内，金属离子的浓度与石墨烯量子点的荧光强度呈线性关系，其对Fe3+的检测限可以达到4.2nM，由于Fe3+在人体中具有重要的作用，这对于实现对Fe3+的高灵敏度检测具有重要的意义。中国专利CN201610975932.7，公开了一种用于可视化检测重金属离子的碳量子点的制备方法，其制备方法为将L–半胱氨酸按质量比为0.017~0.117%溶于水中，然后在160~200℃进行充分反应，得到碳纳米量子点水溶液。本专利技术制备方法所使用的原料单一、合成工艺简单，合成温度较低，成本低廉，绿色无污染，而且所得到的碳量子点水溶性好，可以直接用于Cu2+离子或Pb2+离子在水溶液中的可视化检测，降低了检测的复杂性以及成本。此外，康涅狄格大学的XiangchengSun等人在《Nanoscale》发表了题为“One-potandultrafastsynthesisofnitrogenandphosphorusco-dopedcarbondotspossessingbrightdualwavelengthfluorescenceemission”的文章，在该文章中，作者使用微波的方式制备出一种N,P掺杂的碳量子点，该掺杂型碳量子点表现出了较高的荧光强度，且在不同的激发波长下，可以显示不同的荧光，这是一种可以实现快速大量制备掺杂型碳量子点的方法，该碳量子点可以广泛应用于荧光成像、检测及能源储存等领域。虽然目前制备碳量子点的方法多种多样，也有很多研究是对碳量子点进行各种杂原子掺杂以提高其荧光性能，但是还存在以下问题需要解决，如，现在作为碳源的材料一般都是以有机物，这使得制备成本较高，且会对环境产生严重污染，不符合绿色化学的理念；此外，虽然目前有以下关于杂原子掺杂碳量子点的研究，但是就实际情况来看，产物的性能还是不尽如意，仍有巨大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，现提出一种高效快速制备低成本的荧光碳量子点，该碳量子点对金属离子具有特异性的选择功能，其中Cd2+对该掺杂型碳量子点具有非常明显的荧光猝灭效应，灵敏度极高。为了更加清楚的描述本专利技术的技术方案，现对该技术方案进行详细描述如下：一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1）、取狗尾草若干，将其清洗干净后剪碎，然后至于烘箱中干燥，得到含水量极低的干燥狗尾草，记为A；步骤2）、将前述A使用球磨机处理，得到粉末状物质，记为B；再分别称取磷酸和硼酸若干，将磷酸和硼酸与B进行充分混合，得到的混合物质，记为C；步骤3）、将前述C放入坩埚中，然后使用铝箔进行封口，再在铝箔上使用注射器扎若干小孔，然后设置管式炉的程序升温，并向管式炉中通入H2S气体，始终维持H2S气体氛围；步骤4）、待步骤3）中的反应结束后，关闭程序，自然冷却至室温，然后取出产物，使用研钵研磨后用乙醇溶解，在使用离心机进行高速离心处理，取上层橙黄色的上清液，既得最终产物，并将其置于冰箱中保存。优选的，步骤1）中所述的剪碎是指将狗尾草剪碎至粒径小于2mm。优选的，步骤1）中所述的干燥是指在100-200℃下保持5-8小时。优选的，步骤2）中所述的球磨是指球料比为1:1-10；球磨时间为1-5h。优选的，步骤2）中所述的磷酸和硼酸与粉末B的质量比为1-5:2-6:10。优选的，步骤3）中所述的注射器是指针头直径为0.5-1mm；单位面积铝箔上针孔数目在10-20之间。优选的，步骤3）中管式炉的升温程序是一种先快速后低速的分段式升温程序，其中，前段快速升温速率为10℃/min，从室温升至600℃，后半段低速升温速率为3℃/min，从600℃升温至800-1000℃。优选的，步骤3）中H2S气体的流速为5-12ml/min。优选的，步骤4）中离心速度是指3000-5000rpm，离心时间为5-10min。优选的，步骤4）中冰箱温度为4℃。与现有技术相比，本专利技术具有突出的有益效果：首先，本专利技术使用廉价的狗尾草做原料，这种原料相比于现有的有机碳等物质，不但成本极低，而且环保无污染，简便易得，不需要复杂的制备过程或前处理手段；其次，专利技术人在阅读大量的现有技术的基础上，首次实现了硼、磷和硫多种杂原子对碳量子点的同时掺杂，这不但极大的改善了制备出的碳量子点的荧光性能，还意味的发现该改性后的碳量子点对Cd2+具有突出的选择性，检测限低至0.1nM；最后，对于该制备工艺，专利技术人也是经过大量的实验就行优化得到，尤其是对杂原子的同时引入方式及使用的两段升温程序，这些都会对最终的产物性能造成很大的影响，对此，专利技术人认为，这可能与制备过程中，不同条件下，杂原子的掺杂量有关系，当反应条件改变时，其产物中杂原子的含量必然也会随之变化，这也就是专利技术人这项工作的另一闪光点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术制备的BSP-CDs的透射电子扫描照片，从中可以看出，使用该方法制备的碳量子点具有很好的分散性，且其粒度分布较为均匀，基本主要集中在5nm左右；图2为本专利技术制备的BSP-CDs做荧光探针时对镉离子的检测，金属离子浓度在0.025-1μM之间，金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1）、取狗尾草若干，将其清洗干净后剪碎，然后至于烘箱中干燥，得到含水量极低的干燥狗尾草，记为A；步骤2）、将前述A使用球磨机处理，得到粉末状物质，记为B；在分别称取磷酸和硼酸若干，将磷酸和硼酸与B进行充分混合，得到的混合物质，记为C；步骤3）、将前述C放入坩埚中，然后使用铝箔进行封口，再在铝箔上使用注射器扎若干小孔，然后设置管式炉的程序升温，并向管式炉中通入H2S气体，始终维持H2S气体氛围；步骤4）、待步骤3）中的反应结束后，关闭程序，自然冷却至室温，然后取出产物，使用研钵研磨后用乙醇溶解，在使用离心机进行高速离心处理，取上层橙黄色的上清液，既得最终产物，一种硼、磷和硫杂原子掺杂碳量子点（记为BSP‑CDs），并将其置于冰箱中保存。

【技术特征摘要】
1.一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1）、取狗尾草若干，将其清洗干净后剪碎，然后至于烘箱中干燥，得到含水量极低的干燥狗尾草，记为A；步骤2）、将前述A使用球磨机处理，得到粉末状物质，记为B；在分别称取磷酸和硼酸若干，将磷酸和硼酸与B进行充分混合，得到的混合物质，记为C；步骤3）、将前述C放入坩埚中，然后使用铝箔进行封口，再在铝箔上使用注射器扎若干小孔，然后设置管式炉的程序升温，并向管式炉中通入H2S气体，始终维持H2S气体氛围；步骤4）、待步骤3）中的反应结束后，关闭程序，自然冷却至室温，然后取出产物，使用研钵研磨后用乙醇溶解，在使用离心机进行高速离心处理，取上层橙黄色的上清液，既得最终产物，一种硼、磷和硫杂原子掺杂碳量子点（记为BSP-CDs），并将其置于冰箱中保存。2.根据权利要求1所述的一种多杂原子掺杂型碳量子点荧光探针的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的剪碎是指将狗尾草剪碎至粒径小于2mm。3.根据权利要求2所述的一种多杂原子掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子韩，
申请(专利权)人：王子韩，
类型：发明
国别省市：安徽,34