一种用于同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点及制备方法，以硼酸酯单体与含氮二元醇为原料通过酯交换缩聚法合成超支化聚硼酸酯前驱体，然后通过简单的溶剂热法得到N,B共掺杂的碳点。该碳点具有优异的光学性能、良好水溶性以及双激发双发射的荧光特性，对Co

【技术实现步骤摘要】
一种用于同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属离子检测领域，涉及一种同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点及制备方法。

技术介绍

[0002]碳点是2004年美国南卡罗莱纳大学的Xu Xiaoyou等人在制备碳纳米管的过程中偶然间发现的新型的零维碳纳米荧光材料，其粒径尺寸小于10nm，不仅具有类似于传统量子点的优异发光性能，而且还具有水溶性好、生物毒性低和制备过程工艺简单的优势。因此，自碳点发现以来，由于其优异的性能广泛应用于传感检测、纳米医药、光学器件及生物成像等多个领域。
[0003]近年来，研究者们发现在制备碳点的过程中掺杂部分氮、氟、硫、磷、硼或硒等元素可以有效改变碳点的表面态结构，对于提升碳点的荧光性能及赋予其功能性具有显著的效果。此外，由于碳点对金属离子具有很强的响应性，可使碳点的荧光强度猝灭或增强，因此在金属离子检测领域具有广泛的研究。例如专利CN110713829A公开了一种以间苯二酚、尿素和N,N
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二甲基甲酰胺为原料制备的橙光碳点，并研究了其对环境中三价铁离子定量检测及对生物体外细胞中Fe
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含量的定性检测。专利CN109321238A公开了一种对六价铬离子具有检测功能的碳量子点，其发射波长可达到530～550nm，能够实现重金属离子的可视化荧光检测。文献(陈丽娟、刘仁勇、赵丹、闫叶寒，聚乙烯亚胺修饰的碳点荧光探针用于检测汞离子，分析化学，2020，48(8)：1067
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1074)介绍了一种以维生素C(Vc)为碳源,以聚乙烯亚胺(PEI)为氮掺杂剂一步水热合成法制备的水溶性碳点荧光探针，基于Hg
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对该碳点的荧光猝灭效果，建立了一种快速检测Hg
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的方法。综上所述可以发现，现有文献或专利中报道的多种碳点仅对特定的金属离子具有响应性，但在实际生活生产中，对环境及人类健康造成威胁的金属离子种类繁杂多样，因此如何利用一种碳点检测判断多种金属离子的种类具有广泛的应用范围和应用前景。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点及制备方法。
[0006]技术方案
[0007]一种同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点，其特征在于超支化聚硼酸酯前驱体与有机溶剂，通过溶剂热法得到N,B共掺杂的碳点，对Co
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,Cu
2+
和Fe
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三种金属离子具有不同的荧光响应信号，实现对上述多种金属离子的同时检测；其中所述超支化聚硼酸酯前驱体的结构式为：
[0008][0009]所述超支化聚硼酸酯前驱体，以硼酸酯单体与含氮二元醇为原料通过酯交换缩聚法合成；所述硼酸酯单体与含氮二元醇摩尔量比例为1﹕0.35～5。
[0010]所述有机溶剂为：N,N
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二甲基甲酰胺、乙醇或二甲基亚砜。
[0011]所述含氮二元醇为：二乙醇胺或N
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甲基二乙醇胺。
[0012]所述硼酸三烷基酯单体为：硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、硼酸三异丙基酯或硼酸三丁酯。
[0013]一种所述同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0014]步骤1：称取1～5g超支化聚硼酸酯前驱体溶于20～60mL的反应有机溶剂中，充分搅拌使其完全溶解；
[0015]步骤2：将步骤1的溶液置于反应釜中，在150～220℃的温度下加热之后使其自然冷却至室温；
[0016]步骤3：将反应釜中的产物在离心机中离心，取上清液保存即得N,B共掺杂碳点。
[0017]所述超支化聚硼酸酯前驱体1～5g溶于20～60mL的反应有机溶剂中。
[0018]所述步骤2加热4～24小时。
[0019]所述步骤3在离心机中以5000～15000r/min的速度离心。
[0020]所述步骤3离心5～30min。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术提出的一种同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点及制备方法，以硼酸酯单体与含氮二元醇为原料通过酯交换缩聚法合成超支化聚硼酸酯前驱体，然后通过简单的溶剂热法得到N,B共掺杂的碳点。该碳点具有优异的光学性能、良好水溶性以及双激发双
发射的荧光特性，对Co
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,Cu
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和Fe
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离子具有不同的荧光响应信号，可实现对上述三种金属离子的同时检测。此外，该碳点的制备还具有成本低廉、工艺简单、过程可控、绿色环保及应用范围广等特点。
[0023]通过选择不同的含氮二元醇与硼酸酯单体，能够合成具有不同结构的超支化聚硼酸酯；以超支化聚硼酸酯作为前驱体，选择不同的有机溶剂作为分散介质来制备N,B共掺杂碳点。
[0024]该方法制备的碳点具有双激发双发射的特征，对多种金属离子均具有特异性的荧光检测信号，可实现对多种金属离子的同时检测，且该制备方法具有合成工艺简单、过程可控、原料易得及便于大规模生产等特点。
附图说明
[0025]图1：所制备N,B共掺杂碳点的TEM图及粒径分布图
[0026]图2：所制备N,B共掺杂碳点的XPS分析
[0027]图3：所制备N,B共掺杂碳点的双激发双发射特性
[0028]图4：所制备N,B共掺杂碳点的金属离子检测效果及示意图
具体实施方式
[0029]现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：
[0030]所述
[0031]首先，以含氮二元醇与硼酸三烷基酯单体为原料，在摩尔量比例为1﹕0.35～5中，通过硼酸酯单体与含氮二元醇的配比进行混合后倒入三口烧瓶中，在氮气保护的条件下进行加热，在50～220℃下反应6～12小时，基于酯交换缩聚反应原理合成具有超支化结构的聚硼酸酯聚合物。之后，称取1～5g超支化聚硼酸酯前驱体溶于20～50mL的有机溶剂中，充分搅拌使其完全溶解；之后将其倒入合适容量的反应釜中，在150～220℃的温度下加热4～24小时，之后使其自然冷却至室温；最后将反应釜中的产物在离心机中以5000～15000r/min的速度离心5～30min，取上清液保存即得到N,B共掺杂的碳点。
[0032]实例1
[0033]首先，以二乙醇胺及硼酸三丙酯为原料制备超支化聚硼酸酯，之后称取1.0g该聚合物溶解于50mL的去离子水中，之后倒入反应釜中，在160℃的温度下反应8小时。待反应釜完全冷却至室温后，将产物在离心机中以8000r/min的速度离心15min，取上清液保存得到N,B共掺杂的碳点，加入不同金属离子时，并未产生不同的荧光响应信号，无法实现对多种金属离子的同时检测。
[0034]实例2
[0035]首先，以二乙醇胺及硼酸三丁酯为原料制备超支化聚硼酸酯，之后称取2.0g该聚合物溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点，其特征在于超支化聚硼酸酯前驱体与有机溶剂，通过溶剂热法得到N,B共掺杂的碳点，对Co
2+
,Cu
2+
和Fe
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三种金属离子具有不同的荧光响应信号，实现对上述多种金属离子的同时检测；其中所述超支化聚硼酸酯前驱体的结构式为：2.根据权利要求1所述同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点，其特征在于：所述超支化聚硼酸酯前驱体，以硼酸酯单体与含氮二元醇为原料通过酯交换缩聚法合成；所述硼酸酯单体与含氮二元醇摩尔量比例为1﹕0.35～5。3.根据权利要求1所述同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点，其特征在于：所述有机溶剂为：N,N
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二甲基甲酰胺、乙醇或二甲基亚砜。4.根据权利要求2所述同时检测多种金属离子的N,B共掺杂碳点，其特征在于：所述含氮二元醇为：二乙醇胺或N
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甲基二乙醇胺。5.根据权利要求2所述同...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜红侠，郭留龙，何嫣赟，闫立蓉，廉思贤，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：