一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料及其制备方法，方法包括以下步骤：制备纳米二氧化硅空心球，然后对纳米二氧化硅空心球进行表面改性，再以改性空心二氧化硅微球为载体，采用一步水热法在其表面生长碳点，制备改性空心二氧化硅@碳点复合材料。本发明专利技术制备工艺简单可控，碳点的荧光发光不依赖激发波长，不需要单独合成碳点，避免了单纯碳点难以分离纯化的问题，通过对空心二氧化硅进行改性，不仅有利于在表面负载碳点，还提高了空心二氧化硅@碳点纳米复合材料的分散性。

【技术实现步骤摘要】
一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料及其制备方法
本专利技术涉及一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料及其制备方法，属于纳米碳材料制备

技术介绍
纳米荧光碳点作为一类新型的功能纳米材料，除了具有传统半导体量子点所拥有的优良光学性能和尺寸小等优点外，还具有传统半导体量子点无法比拟的高生物相容性、低细胞毒性、无光闪烁、低制备成本及制作工艺相对简单等优点，在生物学和医学研究领域具有先天优势，因而越来越多地受到科学家的关注。然而单纯的碳点有不易保存、难以分离纯化等缺点，通过将其引入载体提高稳定性可以解决这一问题。作为载体的重要条件之一就是具有较大的比表面积和空间体积，以便于分子或药物等物质的负载。二氧化硅介孔材料由于能够便利的调控孔尺寸大小、可表面改性以及较好的生物相容性，一直以来作为生物或药物载体都备受关注。而相比于实心结构，空心二氧化硅具有大承载空间，且由于空心内外产生的微小压力变化，更有利于提高介孔内分子的承载效率。另一方面，为了强化对不同物质的承载能力，或者控制承载分子的可控释放，二氧化硅介孔载体通常需要进行表面的进一步功能化。然而对孔表面的功能改性，往往容易部分堵塞孔空间，降低孔内的负载能力。张志军课题组通过原位表面改性的方法改性二氧化硅，虽然使得改性后的二氧化硅在有机溶剂中分散性较好，但是由于表面改性剂的覆盖，降低了纳米二氧化硅的比表面积和吸附能力(AppliedSurfaceScience,2006,252(22):7856-7861)。因而需要寻求有效的方式以协调孔结构和表面功能，发挥出最佳的载体吸附承载效能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料及其制备方法，方法包括以下步骤：步骤1：制备纳米二氧化硅空心球，步骤2：对纳米二氧化硅空心球进行表面改性，步骤3：以改性空心二氧化硅微球为载体，采用一步水热法在其表面生长碳点，制备改性空心二氧化硅@碳点复合材料。进一步的：步骤1具体操作如下：步骤1.1：将直径为380-500nm的二氧化硅无定形纳米球浸入NaBH4溶液中，制成浓度为2-25mg/mL的悬浮液，高温孵育12-24小时，步骤1.2：将步骤1.1反应后的悬浮液离心，收集溶液中的纳米二氧化硅空心球，步骤1.3：漂洗收集得到的纳米二氧化硅空心球后冷冻干燥，储存待用。进一步的：步骤2具体操作如下：步骤2.1：按照0.75-1.33mg/ml浓度，将纳米二氧化硅空心球添加到乙醇中，超声30分钟得到空心二氧化硅乙醇溶液，步骤2.2：将3％-7％的改性剂快速加入到空心二氧化硅乙醇溶液中，室温搅拌10-15小时，步骤2.3：将步骤2.2得到的溶液高速离心后，取下部沉积物用乙醇洗涤后干燥，获得改性空心二氧化硅微球。进一步的：步骤3具体操作如下：步骤3.1：将改性空心二氧化硅微球配置成0.016-0.048g/ml的悬浮液，步骤3.2：向1-3ml悬浮液中，依次加入去离子水、柠檬酸以及偶联剂，搅拌得到混合悬浮液，步骤3.3：将混合悬浮液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，高温水浴2-5小时后冷却至室温，步骤3.4：将混合悬浮液高速离心后，除去上清液，得到的下层物质即为改性空心二氧化硅@碳点复合材料。进一步的：步骤3.4中将得到的改性空心二氧化硅@碳点复合材料继续用乙醇和水反复洗涤离心至沉淀物为中性，除去未反应的杂质，得到最终产物。进一步的：具体包括以下步骤：步骤1.1：将0.15-1g直径为380-500nm的二氧化硅无定形纳米球浸入20-50mL容量的聚四氟乙烯衬里的钢高压釜中的NaBH4溶液(0.10g/ml，5-10ml)中，并在70-100℃下孵育12-24小时，步骤1.2：将步骤1.1反应后的溶液离心，收集溶液中的纳米二氧化硅空心球，步骤1.2：漂洗收集得到的纳米二氧化硅空心球后冷冻干燥，储存待用，步骤2.1：将15-20mg纳米二氧化硅空心球添加到15-20ml乙醇中，超声30分钟得到空心二氧化硅乙醇溶液，步骤2.2：将3％-7％的硅烷偶联剂加入到空心二氧化硅乙醇溶液中，然后在室温下搅拌10-15小时，步骤2.3：将步骤2.2得到的溶液在8000rpm转速下离心后，用乙醇洗3次，最后在50℃下干燥10小时，获得改性空心二氧化硅微球，步骤3.1：将改性空心二氧化硅微球配置成0.016-0.048g/ml的悬浮液，步骤3.2：将1-3ml悬浮液加入到烧杯中，并依次向烧杯中加入7ml去离子水、0.07-0.021g柠檬酸以及0.14-0.42ml偶联剂，搅拌2分钟得到混合悬浮液，步骤3.3：将混合悬浮液转移至25ml容积聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，100-200℃条件下水浴2-5小时后冷却其中的混合物至室温，步骤3.4：将步骤3.3中得到的混合物在6000rpm转速下离心7分钟，除去上清液，得到的下层物质即为改性空心二氧化硅@碳点复合材料。本专利技术还包括由上述任一方法制得的空心二氧化硅@碳点复合纳米材料。有益效果1.制备工艺简单可控，还可以实现较大规模的样品制备；2.空心二氧化硅的多孔结构可以限制碳点的尺寸，表面改性剂有利于固定碳点，使碳点的荧光发光不依赖激发波长；3.由于直接通过一步水热法在改性二氧化硅表面合成碳点，不需要单独合成碳点，避免了单纯碳点难以分离纯化的问题；4.通过对空心二氧化硅进行改性，不仅有利于在表面负载碳点，还提高了空心二氧化硅@碳点纳米复合材料的分散性。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术实施例1中步骤2得到的改性纳米二氧化硅空心球扫描电子显微图；图3为本专利技术实施例1中步骤2得到的改性纳米二氧化硅空心球TGA图；图4为本专利技术实施例1中步骤3得到的改性空心二氧化硅@碳点复合材料扫描电子显微图；图5为本专利技术实施例1中步骤3得到的改性空心二氧化硅@碳点复合材料透射电子显微图；图6为本专利技术实施例1中步骤3得到的改性空心二氧化硅@碳点复合材料TGA图；图7为本专利技术实施例1中步骤3得到的改性空心二氧化硅@碳点复合材料紫外-可见光光谱图；图8为本专利技术实施例1所得到的成品的荧光光谱图；图9为本专利技术对比例6所得到的成品的荧光光谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术主要以改性空心二氧化硅微球为载体，采用一步水热法在其表面生长碳点，制备改性空心二氧化硅@碳点复合微球，使其具有易于分离、纯化和表面功能化的优点，并探究复合物的性质，如图1所示，为本专利技术的流程图。实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：制备纳米二氧化硅空心球，/n步骤2：对纳米二氧化硅空心球进行表面改性，/n步骤3：以改性空心二氧化硅微球为载体，采用一步水热法在其表面生长碳点，制备改性空心二氧化硅@碳点复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心二氧化硅@碳点复合纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：制备纳米二氧化硅空心球，
步骤2：对纳米二氧化硅空心球进行表面改性，
步骤3：以改性空心二氧化硅微球为载体，采用一步水热法在其表面生长碳点，制备改性空心二氧化硅@碳点复合材料。


2.根据权利要求1所述的空心二氧化硅@碳点复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤1具体操作如下：
步骤1.1：将直径为380-500nm的二氧化硅无定形纳米球浸入NaBH4溶液中，制成浓度为2-25mg/mL的悬浮液，高温孵育12-24小时，
步骤1.2：将步骤1.1反应后的悬浮液离心，收集溶液中的纳米二氧化硅空心球，
步骤1.3：漂洗收集得到的纳米二氧化硅空心球后冷冻干燥，储存待用。


3.根据权利要求1所述的空心二氧化硅@碳点复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤2具体操作如下：
步骤2.1：按照0.75-1.33mg/ml浓度，将纳米二氧化硅空心球添加到乙醇中，超声30分钟得到空心二氧化硅乙醇溶液，
步骤2.2：将3％-7％的改性剂快速加入到空心二氧化硅乙醇溶液中，室温搅拌10-15小时，
步骤2.3：将步骤2.2得到的溶液高速离心后，取下部沉积物用乙醇洗涤后干燥，获得改性空心二氧化硅微球。


4.根据权利要求1所述的空心二氧化硅@碳点复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤3具体操作如下：
步骤3.1：将改性空心二氧化硅微球配置成0.016-0.048g/ml的悬浮液，
步骤3.2：向1-3ml悬浮液中，依次加入去离子水、柠檬酸以及偶联剂，搅拌得到混合悬浮液，
步骤3.3：将混合悬浮液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，高温水浴2-5小时后冷却至室温，
步骤3.4：将混合悬浮液高速离心后，除去上清液，得到的下层物质即为改性空心二氧化硅@碳点复合材料。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡爽，孙姣，吉庆敏，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32