一种通过热解分子筛制备的碳量子点及其在过氧化氢检测方面的应用制造技术

一种通过热解分子筛制备的碳量子点及其在过氧化氢检测方面的应用，属于碳基纳米材料技术领域。本发明专利技术借助分子筛的空间限域作用，经过水热合成和后处理得到的具有紫外光激发、尺寸较小且均一(约为2.5nm)、具有良好稳定性和光致发光性质的碳量子点材料及其作为荧光探针在过氧化氢检测方面的应用。其主要制备过程为：以铝源、镁源、磷酸及有机模板剂为原料，利用水热合成制备分子筛晶体产物，经过热解、层析等操作提纯以得到水溶性的碳点产物；所制备的碳点呈现激发不依赖的蓝色荧光(发射峰位约为420nm)，且能够对过氧化氢实现高灵敏度响应，其猝灭常数和检测限分别为7.3×10

【技术实现步骤摘要】
一种通过热解分子筛制备的碳量子点及其在过氧化氢检测方面的应用
本专利技术属于碳基纳米材料
，具体涉及一种利用分子筛的空间限域作用，经过分子筛的水热合成、煅烧热解、刻蚀处理、薄层色谱分离得到的具有紫外光激发的碳量子点材料及其作为荧光探针在过氧化氢检测方面的应用。
技术介绍
近年来，过氧化氢作为癌症、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、帕金森病、心肌梗死、糖尿病等神经退行性疾病的重要病理介质，在生物化学和环境领域受到越来越多的关注。但生物液中过氧化氢的浓度通常较低，难以追踪。因此，建立一种高效、简便、灵敏、选择性检测过氧化氢的方法具有重要意义。目前为止，常用的过氧化氢检测方法有比色法、电化学、荧光法、化学发光法等等多种检测分析方法。在这些方法中，荧光法以其分析简单、快速、灵敏度高、样品损伤小、经济等优点越来越受到研究者们的重视和关注。在荧光技术中，选择合适的荧光探针是一项最为重要的步骤。在目前的报道中，人们已经采用了各式各样的荧光探针来进行对过氧化氢的检测，包括金属有机骨架(mentalorganicframeworks，MOFs)，量子点，银纳米粒子，有机比色计，稀土荧光材料薄膜都被用于过氧化氢的检测。碳量子点(简称CDs，)是一类新型的发光纳米碳材料，其尺寸一般小于10nm。与传统的半导体量子点相比，碳纳米点具有光学性能优异、容易制备合成、水溶性良好、低毒、环保等优点，引起了人们极大的研究兴趣。这些优点使得CDs在生物成像、医学诊断、光电和传感器等领域有着广泛的应用。在传感器或探针方面，CDs可广泛用于检测各种无机和有机物种，如金属离子(例如Hg2+，Fe3+，Cu2+，Be2+，Ag+，K+，Zn2+，Al3+等)、次氯酸、葡萄糖、多巴胺、尿酸、ssDNA、三聚氰胺等。与其他的过氧化氢荧光探针相比，碳量子点天生具有生物相容性好，低毒，稳定性高等优点，因而具有很大的应用潜力。在本专利中，我们通过热解分离等手段从分子筛中制备了一种能高灵敏响应过氧化氢的碳量子点材料，该材料稳定，无毒无害，且灵敏度高，是一种极具应用潜力的荧光探针材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过热解分子筛制备的碳量子点及其在过氧化氢检测方面的应用。本专利技术借助于具有规则纳米孔的分子筛为载体，通过煅烧和分离处理，制备了一种蓝光发射的碳量子点，该碳量子点对过氧化氢有良好的响应。本专利技术工艺简单、可重复性好，检测稳定性高，重复性好，是一种理想的新型检测材料。本专利技术利用分子筛的水热合成，通过煅烧含有机模板剂的分子筛，然后进一步刻蚀处理分离，制备出一种紫外光激发的蓝色光致发光的碳量子点材料，该材料稳定性优异，在水中及乙醇中均有良好的溶解性，且对环境中的过氧化氢有着敏感的荧光响应，因而可以用于探针检测溶液中的过氧化氢。本专利技术所述的一种通过热解分子筛制备的碳量子，其由如下步骤制备得到：(1)分子筛的水热合成：将铝源(拟薄水铝石)、镁源(四水合乙酸镁)先后溶于水溶剂中，随后加入磷酸(H3PO4,质量分数85％)和有机模板剂(氮甲基哌啶)，持续搅拌得到凝胶，初始反应物中各有效成份的摩尔比例为1.0Al2O3：1.0～1.2MgO：2.2P2O5：5.0氮甲基哌啶：350～400H2O；将凝胶转入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，于170～190℃烘箱内静止加热2～4天；取出反应釜，自然冷却，得到具有规则纳米孔的分子筛；(2)碳量子点CD-1溶液的制备及分离：将步骤(1)得到的分子筛研磨后在400～500℃条件下煅烧3～5小时，升温速率为3～5℃/分钟，待其冷却完全后取出；向其中加入1～3mL浓度为2～3mol/L的氢氧化钠溶液，超声溶解；然后再加入乙醇，离心分离；收集离心产物的溶液，并用0.22微米滤头滤除难溶物，得到碳量子点的乙醇溶液，将得到的碳量子点的乙醇溶液经过薄层色谱进一步分离和富集，即得到碳量子点CD-1溶液；(3)碳量子点CD-1对过氧化氢的检测：将步骤(2)得到的碳量子点CD-1溶液与水体积为1：4～8的比例稀释后加入荧光比色皿中，然后加入一定量体积(1μL)的过氧化氢溶液(过氧化氢溶液与稀释后的碳量子点CD-1溶液的体积用量比例为1：300～3000，过氧化氢溶液的浓度为0.1mol/L)，再用紫外灯照射3～5分钟后测量溶液荧光强度的变化；然后每次加入一定量体积(1μL)的过氧化氢溶液(过氧化氢溶液与稀释后的碳量子点CD-1溶液的体积用量比例为1：300～3000)，再用紫外灯照射3～5分钟后测量溶液荧光强度的变化；经过多次操作后，建立溶液荧光强度比-过氧化氢浓度的标准曲线，从而用于对过氧化氢浓度的定量检测。本专利技术的特点在于借助具有规则纳米孔的分子筛为载体，利用其空间限域作用，通过简单的煅烧和薄层色谱分离处理，制备出一种尺寸较小且均一、具有良好稳定性和光致发光性质的碳量子点材料。所制备的碳量子点粒径约为2.5nm，因其具有较多的不饱和碳键，从而在300nm处有着明显的紫外吸收。且最优发光峰位约为420nm，是一种紫外区域激发的碳量子点，这与常见的蓝光激发碳量子点有着很大的不同，其最佳激发波长约为250nm。因为该碳量子点材料较高的碳不饱和度，可以被过氧化氢所氧化，因此在水溶液中过氧化氢对其有着明显的荧光猝灭效应，其猝灭常数和检测限分别为7.3×103M-1和3.16μM，可以对溶液中存在的过氧化氢实现迅速响应。而且样品溶液稳定性好，可以长期保存，在生物探针，环境检测方面有着较大的应用潜力。本专利技术合成一种环保、稳定，且对过氧化氢有着良好检测效果的碳点，能够实现对过氧化氢的灵敏和快速响应。附图说明图1：为实施例中合成的含镁的杂原子磷酸铝CHA型分子筛煅烧前(实验)后(煅烧)及模拟(模拟)产物的XRD图；模拟产物的XRD是根据标准假象结构拟合的结果。图2：为实施例中得到的碳量子点CD-1的紫外-可见吸收光谱图；图3：为实施例中得到碳量子点CD-1的荧光激发-发射矩阵光谱图；图4：为实施例中得到碳量子点CD-1的高分辨透射电子显微镜图片；图5：为实施例中得到碳量子点CD-1对过氧化氢溶液的荧光猝灭实验图。如图1所示，实验测得固体样品CHA分子筛的粉末X-射线衍射谱图和模拟的XRD谱图的衍射峰位基本一致，这说明所合成的化合物为纯相，450℃煅烧的样品的谱图峰位基本保持一致，只是强度有所降低，说明在经过煅烧热解后，CHA骨架依然保持，只是晶化程度有所下降，孔道中有碳化的有机模板剂的存在。如图2所示，碳量子点CD-1在300nm处出现一个强吸收峰，这归因与不饱和碳核的π–π*跃迁的吸收。如图3所示，碳量子点CD-1在250nm波长左右被激发，其发射光范围大概在400nm至450nm，最佳发射光的峰位波长为425nm。如图4所示，碳量子点CD-1的平均粒径约为2.5nm。如图5所示，a图为碳量子点CD-1与过氧化氢溶液的猝灭荧光光谱，纵坐标为每次加入过氧化氢后所测得的荧光强度，横坐标为发射光谱的波长；b图为在没有紫外灯光照情况下，加入相同体积的过氧化氢溶液的参比荧光光谱，纵坐标为每次加入过氧化氢后所测得的荧光强度，横坐标为发射光谱的波长；c图为在紫外灯下照射相同时间，没有加入过氧化氢溶液的参比荧光光谱图，纵坐标为不同时间下所测得的荧光强度，横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过热解分子筛制备的碳量子，其由如下步骤制备得到：(1)分子筛的水热合成：将铝源、镁源先后溶于水溶剂中，随后加入磷酸和有机模板剂，持续搅拌得到凝胶，初始反应物中各有效成份的摩尔比例为1.0Al2O3：1.0～1.2MgO：2.2P2O5：5.0氮甲基哌啶：350～400H2O；将凝胶转入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，于170～190℃烘箱内静止加热2～4天；取出反应釜，自然冷却，得到具有规则纳米孔的分子筛；(2)碳量子点CD‑1溶液的制备及分离：将步骤(1)得到的分子筛研磨后在400～500℃条件下煅烧3～5小时，升温速率为3～5℃/分钟，待其冷却完全后取出；向其中加入1～3mL浓度为2～3mol/L的氢氧化钠溶液，超声溶解；然后再加入乙醇，离心分离；收集离心产物的溶液，并用0.22微米滤头滤除难溶物，得到碳量子点的乙醇溶液，将得到的碳量子点的乙醇溶液经过薄层色谱进一步分离和富集，即得到碳量子点CD‑1溶液。

【技术特征摘要】
1.一种通过热解分子筛制备的碳量子，其由如下步骤制备得到：(1)分子筛的水热合成：将铝源、镁源先后溶于水溶剂中，随后加入磷酸和有机模板剂，持续搅拌得到凝胶，初始反应物中各有效成份的摩尔比例为1.0Al2O3：1.0～1.2MgO：2.2P2O5：5.0氮甲基哌啶：350～400H2O；将凝胶转入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，于170～190℃烘箱内静止加热2～4天；取出反应釜，自然冷却，得到具有规则纳米孔的分子筛；(2)碳量子点CD-1溶液的制备及分离：将步骤(1)得到的分子筛研磨后在400～500℃条件下煅烧3～5小时，升温速率为3～5℃/分钟，待其冷却完全后取出；向其中加入1～3mL浓度为2～3mol/L的氢氧化钠溶液，超声溶解；然后再加入乙醇，离心分离；收集离心产物的溶液，并用0.22微米滤头滤除难溶物，得到碳量子点的乙醇溶液，将得到的碳量子点的乙醇溶液经过薄层色谱进一步分离和富集，即得到碳量子点CD-1溶液。2.如权利要求1所述的一种通过热解分子筛制备的碳量子，其特征在于：铝源为拟薄水铝石，镁源为四水合乙酸镁，磷酸的质量分数为85％，有机模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李激扬，王博伦，沐影，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22