一种具有pH敏感性的双发射碳量子点及其有机复合薄膜、制备方法以及应用技术

本发明专利技术提供了一种具有pH敏感性的双发射碳量子点的制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明专利技术以常见有机小分子为原料，改变了传统的生产工艺，利用溶剂热反应，制得了具有pH敏感性的双发射碳量子点，发射峰分别在445和555nm，在不同的pH环境下，不仅荧光强度会变化，荧光峰位也会变化，随着pH值的增加，555nm处的发射峰会减弱，445nm处的发射峰会增强，荧光由蓝绿色变为蓝色，便于应用于pH传感器及细胞荧光成像等领域，将其同有机高分子基质复合后制得的有机复合薄膜，能够用于酸、碱性溶剂或气体的荧光传感，进而能够进行食品检测。

A Double Emission Carbon Quantum Dot with pH Sensitivity and Its Organic Composite Film, Preparation Method and Application

The invention provides a preparation method of double emission carbon quantum dots with pH sensitivity, which belongs to the technical field of nanomaterials. The invention takes common organic small molecules as raw materials, changes the traditional production process, and uses solvothermal reaction to produce pH-sensitive double emission carbon quantum dots. The emission peaks are 445 and 555 nm, respectively. Under different pH environments, not only the fluorescence intensity but also the fluorescence peak position will change. With the increase of pH value, the emission peak at 555 nm decreases, and the emission peak at 445 nm decreases. Enhanced fluorescence changes from blue-green to blue, which makes it easy to be used in the fields of pH sensor and cell fluorescence imaging. The organic composite film prepared by the composite film with organic polymer matrix can be used for fluorescence sensing of acid, alkaline solvents or gases, and can be used for food detection.

【技术实现步骤摘要】
一种具有pH敏感性的双发射碳量子点及其有机复合薄膜、制备方法以及应用
本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种具有pH敏感性的双发射碳量子点及其有机复合薄膜、制备方法以及应用。
技术介绍
碳量子点是一类直径小于10nm、准球形、单分散的新型碳纳米材料，由于碳量子点具有优异的水溶性、化学惰性、低毒性、易于官能团化和抗光漂白能力，使其逐渐成为碳纳米材料家族中的一颗新星。近年来，得益于碳量子点的荧光淬灭及恢复的特性，使其在分析检测领域展现出良好的应用效果。但是，碳量子点荧光探针目前仍然面临一些挑战。目前碳量子点荧光探针多被用于检测金属离子或有机小分子，对于其在pH传感领域的应用的报道较少，这极大地限制了它们在分析检测领域的应用。虽然，碳量子点的制备已经取得了巨大进步，但大部分合成的碳量子点为单峰发射，而制备双峰发射碳量子点的方法却鲜有报道。此外，pH环境对于碳量子点的荧光发射影响较大，对碳量子点pH敏感性的探究有利于探究其荧光机理，进而开发其新应用，双发射碳量子点在pH传感器领域具有更广泛的应用前景，原因在于：通过对比碳量子点在不同pH环境下，双发射峰中不同发射峰位的强度比值，可以直接观察到荧光颜色的改变，而单峰发射的碳量子点却只改变了荧光强度，变化不易肉眼捕捉。如中国专利CN108195816A公开了一种以间苯三酚为碳源微波快速合成碳点检测溶液pH的方法，该方法合成的碳量子点只在465nm处具有单一的荧光发射峰，限制了碳量子点的应用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有pH敏感性的双发射碳量子点及其有机复合薄膜、制备方法以及应用。本专利技术提供的制备方法制得的碳量子点具有双发射峰，且对pH具有荧光敏感性，便于应用于pH传感器及细胞荧光成像等领域，能够用于酸、碱性溶剂或气体的荧光传感，进而能够进行食品检测，扩大了碳量子点的应用范围。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种具有pH敏感性的双发射碳量子点的制备方法，包括以下步骤:将有机小分子、有机氮源和反应溶剂混合，得到反应混合液；将所述反应混合液进行溶剂热反应，得到粗产物；将所述粗产物依次经过滤、旋转蒸发、水中溶解及透析，得到在紫外光激发下具有pH敏感性的双发射碳量子点。优选地，所述有机小分子、有机氮源和反应溶剂的用量比为0.05～5g:0.05～5g:5～35mL。优选地，所述有机小分子包括柠檬酸、抗坏血酸、葡萄糖、葡萄糖胺、甘氨酸、半胱氨酸、谷氨酸及苯丙氨酸中的一种或多种；所述有机氮源包括尿素、乙二胺、聚乙烯亚胺、甘氨酸、尿酸、酪氨酸、多巴胺及苯二胺中的一种或多种；所述反应溶剂包括水、乙醇、丙酮、四氯化碳、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种或多种。优选地，所述溶剂热反应的温度为90～300℃，所述溶剂热反应的时间为0.5～72h。优选地，所述过滤采用的滤膜孔径为0.01～0.45μm。。优选地，所述透析是以截留分子量为500～12000Da的透析膜进行，所述透析的时间为6～72h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的一种具有pH敏感性的双发射碳量子点，所述双发射碳量子点的发射峰分别在445和555nm，随着pH值的增加，555nm处的发射峰会减弱，445nm处的发射峰会增强，荧光由蓝绿色变为蓝色。本专利技术还提供了一种具有pH敏感性的双发射碳量子点有机复合薄膜，所述有机复合薄膜包括上述技术方案所述的具有pH敏感性的双发射碳量子点和有机高分子基质。本专利技术还提供了上述技术方案所述的具有pH敏感性的双发射碳量子点有机复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：将上述技术方案所述的具有pH敏感性的双发射碳量子点和有机高分子基质混合后成膜，得到所述具有pH敏感性的双发射碳量子点有机复合薄膜。本专利技术还提供了上述技术方案所述的具有pH敏感性的双发射碳量子点或上述技术方案所述的具有pH敏感性的双发射碳量子点有机复合薄膜或上述技术方案所述制备方法制得的具有pH敏感性的双发射碳量子点有机复合薄膜在pH传感器、细胞荧光成像、食品检测及酸碱性溶剂、气体的荧光传感领域中的应用。本专利技术提供了一种具有pH敏感性的双发射碳量子点的制备方法，将有机小分子、有机氮源和反应溶剂混合，得到反应混合液；将所述反应混合液进行溶剂热反应，得到粗产物；将所述粗产物依次经过滤、旋转蒸发、水中溶解及透析，得到在紫外光激发下具有双发射峰的pH敏感型碳量子点。本专利技术以常见有机小分子为原料，改变了传统的生产工艺，利用溶剂热反应，制得了具有pH敏感性的双发射碳量子点，发射峰分别在445和555nm，在不同的pH环境下，不仅荧光强度会变化，荧光峰位也会变化，随着pH值的增加，555nm处的发射峰会减弱，445nm处的发射峰会增强，荧光由蓝绿色变为蓝色，便于应用于pH传感器及细胞荧光成像等领域，将其同有机高分子基质复合后制得的有机复合薄膜，能够用于酸、碱性溶剂或气体的荧光传感，进而能够进行食品检测。且本专利技术原料廉价易得，有效的降低了生产成本，反应过程操作简单，且有利于制备的可重现。进一步地，本专利技术还提供了一种具有pH敏感性的双发射碳量子点有机复合薄膜，该复合薄膜开拓了碳量子点对酸碱性气体的检测，进而用于检测食物的腐败程度，具有一定的实际应用价值。附图说明图1为实施例1制得的具有pH敏感性的双发射碳量子点的荧光发射谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种具有pH敏感性的双发射碳量子点的制备方法，包括以下步骤:将有机小分子、有机氮源和反应溶剂混合，得到反应混合液；将所述反应混合液进行溶剂热反应，得到粗产物；将所述粗产物依次经过滤、旋转蒸发、水中溶解及透析，得到在紫外光激发下具有pH敏感性的双发射碳量子点。本专利技术将有机小分子、有机氮源和反应溶剂混合，得到反应混合液。在本专利技术中，所述有机小分子、有机氮源和反应溶剂的用量比优选为0.05～5g:0.05～5g:5～35mL，更优选为0.1～2g:0.2～2g:10～25mL，最优选为0.5:0.5g:10mL。在本专利技术中，所述有机小分子优选包括柠檬酸、抗坏血酸、葡萄糖、葡萄糖胺、甘氨酸、半胱氨酸、谷氨酸及苯丙氨酸中的一种或多种；所述有机氮源优选包括尿素、乙二胺、聚乙烯亚胺、甘氨酸、尿酸、酪氨酸、多巴胺及苯二胺中的一种或多种；所述反应溶剂优选包括水、乙醇、丙酮、四氯化碳、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种或多种。本专利技术对所述有机小分子的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，优选为无水的有机小分子。本专利技术对所述有机小分子、有机氮源及反应溶剂的混合顺序没有特殊的限定，优选为向有机小分子和有机氮源的混合物中加入反应溶剂，更优选为有机小分子、有机氮源及反应溶剂依次加入。在本专利技术中，所述混合的方式优选为超声，本专利技术对所述超声混合的频率、时间及温度没有特殊的限定，能够使物料混合均匀即可。得到反应混合液后，本专利技术将所述反应混合液进行溶剂热反应，得到粗产物。在本专利技术中，所述溶剂热反应的温度优选为90～300℃，更优选为120～260℃，最优选为160～220℃；所述溶剂热反应的时间优选为0.5～72h，更优选为1～48h，最优选为2～24h。本专利技术对所述溶剂热反应使用的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有pH敏感性的双发射碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将有机小分子、有机氮源和反应溶剂混合，得到反应混合液；将所述反应混合液进行溶剂热反应，得到粗产物；将所述粗产物依次经过滤、旋转蒸发、水中溶解及透析，得到在紫外光激发下具有pH敏感性的双发射碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种具有pH敏感性的双发射碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将有机小分子、有机氮源和反应溶剂混合，得到反应混合液；将所述反应混合液进行溶剂热反应，得到粗产物；将所述粗产物依次经过滤、旋转蒸发、水中溶解及透析，得到在紫外光激发下具有pH敏感性的双发射碳量子点。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机小分子、有机氮源和反应溶剂的用量比为0.05～5g:0.05～5g:5～35mL。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机小分子包括柠檬酸、抗坏血酸、葡萄糖、葡萄糖胺、甘氨酸、半胱氨酸、谷氨酸及苯丙氨酸中的一种或多种；所述有机氮源包括尿素、乙二胺、聚乙烯亚胺、甘氨酸、尿酸、酪氨酸、多巴胺及苯二胺中的一种或多种；所述反应溶剂包括水、乙醇、丙酮、四氯化碳、丙三醇、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为90～300℃，所述溶剂热反应的时间为0.5～72h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过滤采用的滤膜孔径为0.01～0.45μm。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，刘守新，刘禹杉，马春慧，吴雪云，罗沙，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23