一种能级可控的碳点荧光纳米材料及合成方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料技术领域，为了解决现有的碳点荧光纳米材料存在能级结构可调范围有限的问题，公开了一种能级可控的碳点荧光纳米材料及合成方法，所述能级可控的碳点荧光纳米材料，所述碳点荧光纳米材料主要由碳元素组成，所述碳点荧光纳米材料表面包裹有机分子外壳；通过调整合成参数控制碳点有机外壳的组成和控制碳点的能级结构。本发明专利技术合成所得的碳点荧光纳米材料表面包裹的有机外壳具有多样性，拓宽碳点荧光纳米材料的应用范围；具有可控的能级结构，通过调整反应物吸电子或推电子官能团的种类、配比和强度，可精确控制其能级结构。可精确控制其能级结构。可精确控制其能级结构。

【技术实现步骤摘要】
一种能级可控的碳点荧光纳米材料及合成方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种能级可控的碳点荧光纳米材料及合成方法。

技术介绍

[0002]碳点主要由碳元素组成，是粒径小于10nm的球形荧光纳米材料，因其无毒、易合成、光谱可调、电子迁移率高已受到广泛的关注，在生物成像，催化和光电器件等领域有很大的应用潜力。
[0003]目前，碳点主要利用柠檬酸和乙二胺通过酸碱缩合反应的方式获得，所合碳点粒径均一性差，而且表面的有机壳层由胺基和羧基组成，虽具良好的水溶性，但其能级结构可调范围有限，且单调的官能团组成不能满足多元的表面钝化和界面工程。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种能级可控的碳点荧光纳米材料及合成方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种能级可控的碳点荧光纳米材料，所述碳点荧光纳米材料主要由碳元素组成，所述碳点荧光纳米材料表面包裹有机分子外壳；通过调整合成参数控制碳点有机外壳的组成和控制碳点的能级结构。
[0007]优选的，所述碳点荧光纳米材料的尺寸为1
‑
10nm，荧光范围为380
‑
700nm。
[0008]优选的，碳点荧光纳米材料表面包裹的有机分子外壳由带有吸电子官能团的有机分子配体和带有推电子官能团的有机分子配体中的一种或多种组成。
[0009]上述的一种能级可控的碳点荧光纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：将反应物分散于介质溶剂中，作为合成碳点的前驱体材料；
[0011]步骤2：将前驱体材料充分溶解后，移至内衬为聚四氟乙烯的反应釜中煅烧；冷却至室温后，得到碳点荧光纳米材料的粗溶液；
[0012]步骤3：将碳点荧光纳米材料的粗溶液转移至具有特定截留分子量的透析袋中，在同种溶剂环境下进行透析提纯，经24
‑
72h后得到纯化的碳点荧光纳米材料。
[0013]优选的，所述步骤1中，介质溶剂是沸点处于80
‑
150℃、常温常压下呈液态的去离子水和烷烃类有机溶剂中的一种。
[0014]优选的，所述步骤1中，反应物含有具有吸电子官能团的有机分子和推电子官能团的有机分子中的一种或多种，可通过调节反应物的配比控制碳点表面包裹有机分子外壳的吸电子官能团或推电子官能团的占比，从而改变碳点的能级结构。
[0015]优选的，所述吸电子官能团包括氰基(
‑
CN)、磺酸基(
‑
SO3H)、硝基(
‑
NO2)叔胺正离子基(
‑
N+R3)官能团中的一种。
[0016]优选的，所述推电子官能团包括羟基(
‑
OH)、胺基(
‑
NH2)、烷氧基(
‑
O
‑
R)、酰胺基(
‑
NHCO
‑
)、酰氧基(
‑
OCO
‑
)，二烷基胺基(
‑
NR2)和烷基胺基(
‑
NHR)官能团中的一种。
[0017]优选的，所述步骤2中，反应釜中煅烧温度为160
‑
260℃，煅烧时长为6
‑
24h，。
[0018]优选的，通过控制前驱体的种类、配比、反应的温度、时间和溶剂等合成参数，制备不同粒径均匀、荧光可调和能级可控的碳点荧光纳米材料。
[0019]优选的，步骤1中的反应物可同时包含一种或多种吸电子或推电子官能团。
[0020]优选的，步骤1中的反应物包括氰基乙酸、柠檬酸、丙烯酸、苹果酸、半胱氨酸、聚谷氨酸、磷酸、丙二醇、聚磷酸胺、十二烷基苯磺酸、3,3
‑
二甲氧基己烷、1,3
‑
二硝基苯、乙二胺、二乙基羟胺、甲基三乙酰氧基硅烷和聚乙烯亚胺中的一种或多种组合。
[0021]优选的，步骤3中，透析袋的截留分子量为200
‑
10000。
[0022]优选的，步骤3中，透析过程中每隔6h更换纯净的透析溶剂。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术合成所得的碳点荧光纳米材料表面包裹的有机外壳具有多样性，拓宽碳点荧光纳米材料的应用范围；本专利技术合成所得的碳点荧光纳米材料具有可控的能级结构，通过调整反应物吸电子或推电子官能团的种类、配比和强度，可精确控制其能级结构；通过本申请合成方法获得的碳点荧光纳米材料，荧光可调范围广、粒径均匀且在1
‑
10nm范围内可连续调节。
附图说明
[0025]图1为实例1中合成碳点荧光纳米材料的透射电子显微镜图。
[0026]图2为实例1中合成碳点荧光纳米材料的紫外吸收光谱图。
[0027]图3为实例1中合成碳点荧光纳米材料的荧光光谱图。
[0028]图4为实例1中合成碳点荧光纳米材料氮元素的x射线光电子能谱。
[0029]图5为实例2中合成碳点荧光纳米材料的紫外
‑
可见吸收光谱图。
[0030]图6为实例2中合成碳点荧光纳米材料的变激发荧光光谱图.
[0031]图7为案例1和案例2所合成碳点荧光纳米材料的傅里叶红外光谱图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0033]实施例1
[0034]将576mg的柠檬酸、600uL的乙二胺加入到10mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，然后将混合溶液置于聚四氟乙烯的反应釜内衬中，在200℃下反应8h,然后冷却至室温后，采用节流分子量为3500的透析袋提纯碳点荧光纳米材料的粗溶液，每隔8h更换一次去离子水，经48h后获得表面具有磷酸官能团的碳点荧光纳米材料水溶液。
[0035]经测试表明，该方式所合碳点荧光纳米材料在360nm光激发下的荧光量子效率为40％。
[0036]实施例2
[0037]将576mg的柠檬酸、200uL的乙二胺加入到10mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，然后将混合溶液置于聚四氟乙烯的反应釜内衬中，在200℃下反应8h,然后冷却至室温后，
采用截留分子量为3500的透析袋提纯碳点荧光纳米材料的粗溶液，每隔8h更换一次去离子水，经48h后获得表面具有磷酸官能团的碳点荧光纳米材料水溶液。
[0038]实施例3
[0039]将576mg的柠檬酸、200uL的乙二胺和600uL的磷酸加入到10mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，然后将混合溶液置于聚四氟乙烯的反应釜内衬中，在200℃下反应8h,然后冷却至室温后，采用节流分子量为3500的透析袋提纯碳点荧光纳米材料的粗溶液，每隔8h更换一次去离子水，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能级可控的碳点荧光纳米材料，所述碳点荧光纳米材料主要由碳元素组成，其特征在于，所述碳点荧光纳米材料表面包裹有机分子外壳；通过调整合成参数控制碳点有机外壳的组成和控制碳点的能级结构。2.根据权利要求1所述的一种能级可控的碳点荧光纳米材料，其特征在于，所述碳点荧光纳米材料的尺寸为1
‑
10nm。3.根据权利要求1所述的一种能级可控的碳点荧光纳米材料，其特征在于，碳点荧光纳米材料表面包裹的有机分子外壳由带有吸电子官能团的有机分子配体和带有推电子官能团的有机分子配体中的一种或多种组成。4.如权利要求1
‑
3任一所述的一种能级可控的碳点荧光纳米材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将反应物分散于介质溶剂中，作为合成碳点的前驱体材料；步骤2：将前驱体材料充分溶解后，移至内衬为聚四氟乙烯的反应釜中煅烧；冷却至室温后，得到碳点荧光纳米材料的粗溶液；步骤3：将碳点荧光纳米材料的粗溶液转移至具有特定截留分子量的透析袋中，在同种溶剂环境下进行透析提纯，经24
‑
72h后得到纯化的碳点荧光纳米材料。5.根据权利要求4所述的一种能级可控的碳点荧光纳米材料的合成方法，其特征在于，所述步骤1中，介质溶剂是沸点处于80
‑
150℃、常温常压下呈液态的去离子水和烷烃类有机溶剂中的一种。6.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓宇，尹文旭，董威，郑伟涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：