【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料，具体涉及一种双稀土元素掺杂的碳量子点及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳量子点是近年来新兴的一种具有显著荧光性能的零维碳纳米材料，也称为碳点，其具有良好的生物相容性和水溶性、环境友好、原料来源广，目前的合成方法包括电弧放电法、电化学合成法、水热合成法、微波合成法、模板法等。碳量子点独特的结构可以产生尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应与量子限域效应等，使其广泛应用于生物检测与传感、体内和体外成像、药物递送和诊断药物等生物医学领域。
2、生物成像可以快速定位生物体内特定器官，组织或物质，使其可以被肉眼或光学仪器观察到，但是现在用于生物成像的荧光物质多数为有机物，对生物体有一定毒性。由于碳量子点荧光性能强且稳定，可以用于细胞成像、细菌成像和体内成像等；但是提高碳量子点的稳定性仍是现有技术亟需解决的技术问题之一。
3、稀土元素具有丰富的电子能级和长寿命激发态，存在大量的能级跃迁通道，因而表现出良好的光学特性，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。为了优化碳量子点的性能，通常将稀土元素掺杂在碳量子点中，如公开号为cn110437835a的中国专利文献公开了一种硫化铈掺杂碳量子点纳米荧光材料的制备方法，该方法以衣康酸为碳源，以硫代乙酰胺为均相硫源，氯化铈为铈源，采用水热方法制备一种硫化铈掺杂碳量子点纳米荧光材料，硫化铈为红色粉状物质偏黄相无机颜料，含有稀土成份，采用硫化铈掺杂碳量子点，可得到粉红色的碳量子点，荧光的发射波长在540nm，其吸收光谱的最大波长在510nm左右，也可用于可见光波长范
4、公开号为cn112920793a的中国专利文献公开了一种可见光/近红外二区发射增强的稀土发光材料，该专利技术通过采用naerf4:10％yb,0.5％tm作为晶核，构建了核-壳-壳结构的naerf4:10％yb,0.5％tm@nagdf4:20％yb,x％ce@nagdf4稀土发光材料，其中naerf4:10％yb,0.5％tm作为核材料能够产生单带红光发射。且在第一层壳层中掺杂ce3+不仅能有效增强er3+在近红外二区的特征发射(约1550nm)，还有效避免了er3+在可见光区的发光猝灭，最后nagdf4惰性壳层的构建有利于提高材料的整体发光强度。
5、公开号为cn108822840a的中国专利文献公开了一种麻为碳源钕掺杂碳量子点复合材料的制备方法，该专利技术首先采用氯化钕与槲皮素反应制备得到槲皮素钕配合物，再采用3-甲基咪唑氯盐离子液体作为溶剂，在反应釜中，按如下组成质量百分比加入，3-甲基咪唑氯盐：93-96％，麻粉体：3-6％，槲皮素钕配合物：0.5-1.5％，在110±2℃恒温条件下，反应6h，得到钕掺杂碳量子点复合材料。
6、但是上述现有技术的步骤较为繁琐，涉及到的试剂众多，对碳量子点掺杂后的光学性能有待进一步提高。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，合成方法步骤简单，效率高，制得的双稀土元素掺杂的碳量子点能够在纯水介质与生物体内高灵敏度地发出荧光，具有较高的荧光量子效率与上转换发光能力，可以实现对生物活体或生物离体组织、细胞的生物成像。
2、具体采用的技术方案如下：
3、一种双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)称取碳源柠檬酸、氮源尿素、钕源和铈源并混合均匀，再加入去离子水充分溶解上述原料，随后加入碳源丙三醇，混合均匀并确保原料液没有沉淀，将原料液转移至微波反应器中，在微波场的作用下680-720w反应；
5、(2)将步骤(1)反应后的产物加水淬灭，冷却到室温后，进一步透析，离心，洗涤，干燥处理后，得到所述的双稀土元素掺杂的碳量子点；
6、所述的钕源为水溶性钕源，选自六水合氯化钕；所述的铈源为水溶性铈源，选自氯化铈；所述的钕源和铈源的质量比为4-8：1。
7、本专利技术方法采用柠檬酸、丙三醇两种物质作为碳源，丙三醇、柠檬酸含有丰富的醇羟基和羧基，而尿素的丰富胺基可以让它们在微波场的作用下缩聚形成网状高聚物。这些网状高聚物在高温作用下结构摇摆，在能量达峰时崩解，碳原子之间通过sp2杂化成核，聚合形成的酰胺基等基团覆盖在碳原子表面，并与稀土离子产生配位作用，进而将稀土离子覆盖在碳量子点表面，制备得到双稀土元素掺杂的碳量子点。钕离子和铈离子拥有丰富的光谱项，长寿命激发态，可以吸收红外光并积累光子能量，通过多光子过程完成上转换发光，赋予碳量子点上转换发光的能力，同时，这两种离子可以提升碳量子点的下转换发光荧光量子效率，具有协同作用，不会引起浓度淬灭。
8、优选的，所述的柠檬酸、尿素和丙三醇的配比为8-10g：1g：40-55ml。在上述优选的配比之下，有利于三者间的相互作用以及碳量子点的生成。
9、优选的，柠檬酸、尿素、钕源、铈源、去离子水和丙三醇的配比为8-10g：1g：3-3.5g：0.6-0.7g：26-28ml：50-55ml。在上述优选的配比之下反应，可以在保证碳量子点荧光量子效率较高的情况下缩短反应时间，减少能源消耗，使制备得到的碳量子点拥有良好的水溶性、以及双稀土元素在碳量子点表面的分布更均匀，不会发生浓度淬灭效应。
10、优选的，步骤(1)中，反应结束温度控制在210-230℃。若反应结束温度过高，则会使原料过度碳化，增加碳量子点粒径，使碳量子点荧光强度减弱甚至失去光致发光能力，同时，过度碳化的碳量子点溶液呈棕褐色，透光性差，激发光仅能透过溶液表面激发表层溶液，降低碳量子点溶液发光能力，使碳量子点溶液应用能力下降；若反应结束温度过低，则反应物未达到突变点，原料仍处于聚合物形态，未崩解形成碳量子点，不具备发光能力，碳量子点溶液仍表现为粘稠透明溶液，365nm波长紫外光激发下不发光。
11、优选的，步骤(2)中，采用1000da规格的透析袋在超纯水中透析，透析时间为48-72h；以去除未反应的原料分子等杂质。
12、优选的，步骤(2)中，离心条件为转速10000-11000r/min，时间为8-13min。
13、本专利技术还提供了所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法制得的双稀土元素掺杂的碳量子点。
14、所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的平均粒径为15-40nm，碳核具有sp2石墨构型，但石墨化程度不高，掺杂有部分无定形碳，碳量子点表面含有较多酰胺基与氨基，少量羧基或羟基，这使得碳量子点具有较好的水溶性。酰胺基对稀土元素有配位作用，可以通过酰胺基的配位让稀土元素包裹在碳量子点表面，形成敏化中心与激活中心，同时通过晶体场的摄动改变稀土元素f-f跃迁的旋律禁阻，增强其发光能力。
15、碳量子点作为半径较大的配体，对稀土离子4f轨道产生摄动，使之发生能级分裂。能级分裂后的稀土离子不再受到旋律禁阻的限制，部分解禁变为允许跃迁。由敏化离子作为敏化中心，吸收能量传递给临近表面的激活中心。由于本专利技术方法制得的双稀土元素本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述的柠檬酸、尿素和丙三醇的配比为8-10g：1g：40-55mL。
3.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，柠檬酸、尿素、钕源、铈源、去离子水和丙三醇的配比为8-10g：1g：3-3.5g：0.6-0.7g：26-28mL：50-55mL。
4.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，反应结束温度控制在210-230℃。
5.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用1000Da规格的透析袋在超纯水中透析，透析时间为48-72h。
6.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，离心条件为转速10000-11000r/min，时间为8-13min。
7.根据权利要求1-6任一所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法制得的双稀土
8.根据权利要求7所述的双稀土元素掺杂的碳量子点，其特征在于，所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的平均粒径为15-40nm。
9.根据权利要求7或8所述的双稀土元素掺杂的碳量子点在生物成像领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，所述的柠檬酸、尿素和丙三醇的配比为8-10g：1g：40-55ml。
3.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，柠檬酸、尿素、钕源、铈源、去离子水和丙三醇的配比为8-10g：1g：3-3.5g：0.6-0.7g：26-28ml：50-55ml。
4.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳量子点的制备方法，其特征在于，反应结束温度控制在210-230℃。
5.根据权利要求1所述的双稀土元素掺杂的碳...
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