一种可控制备荧光碳点的方法技术

本发明专利技术涉及一种可控制备荧光碳点的方法。该方法通过电化学蚀刻碳纤维电极，在非水体系中，制备得到可以发荧光的碳的纳米颗粒。仅通过控制氧化电势，实现了对碳点粒径可控和表面状态可控的制备，从而达到对碳点的发光可控的目的。该方法具有条件温和，无须进一步分离即可得到单分散且粒径均一的碳点等优点，是一种简单易行、可操作性强的可控制备碳点的新策略。本发明专利技术可广泛地应用于化学、生物和材料科学等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于化学及材料科学领域。
技术介绍
近年来，一种新型可发光的碳纳米材料——碳点，受到广泛关注。碳点是一种单分散的形貌类似球状的荧光碳质纳米材料，其粒径一般小于10 nm。此类碳纳米材料具有优良的荧光性能，如耐光漂，非闪烁、发射波长可调、上转换性能等。与此同时，其具有良好的水溶性、低毒、粒径小、生物相容性好以及廉价易得等特点。因此，碳点将有望取代含重金属的半导体量子点，在材料科学、生物化学、电子器件以及生物医学等方面具有广阔的应用前景。虽然目前已发展了多种制备碳点的方法，如激光消融法、电化学方法、电弧放电法、微波法、热解法等，但往往难以对制备的碳点实现有效精确的控制(包括尺寸控制、发光性质控制等)，产品单一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供，可以精确控制碳点的粒径大小和发光波长。为了实现荧光碳点的可控制备，本专利技术以碳纤维为工作电极，在含有四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中，仅通过调节施加在工作电极上的电极电势，得到粒径不同的碳点。通过对碳点表面的电化学氧化，实现在不改变碳点的粒径，而调节碳点发光红移。通过该方法， 已达到实现制备小粒径、发长波长的荧光碳点。本专利技术的方法，具体包括如下步骤①以碳纤维为工作电极，四丁基高氯酸铵的乙腈溶液作为电解液，对工作电极施加电势进行电氧化；②收集乙腈溶液，蒸发除去乙腈，在所得到固体中，加入超纯水，超声分散；③将超声分散所得的溶液，经过滤膜，将沉淀滤去，并将滤液用分子截留量为1，000的透析袋透析后即得到碳点的水溶液。改变步骤1中施加于工作电极上的电势，即可得到不同粒径的碳点，即0. 5V下制备得到(3. 3 士 0.6) nm碳点，1.2V下制备得到仗9 士 0.5) nm碳点，1. 5V下制备得到 (2.7 士 0.7) nm碳点，2. OV下制备得到(2. 4 士 0.6) nm碳点，2. 5V下制备得到(2.2 士 0.6) nm的碳点。另外，在恒定电势情况下，制备得到的碳点的粒径不受制备时间的影响在制备电势为0. 5V，制备时间为30min和300min得到碳点的粒径均为(3. 3 士 0. 6) nm ；在制备电势为2. 5V,制备时间为30min和300 min得到碳点的粒径均为(2. 2 士 0. 5) nm。通过以上步骤，一般可以得到光谱最佳发射峰为40(T450nm的荧光碳点。通过调节制备时的氧化电势，可以得到不同粒径的荧光碳点，具有相应的最佳发射峰。为了实现对最佳发射峰的调控，尤其是得到最佳发射峰在450nm以上的荧光碳点，还包括以下步骤④将步骤(3)中制备得到的碳点，加入到新鲜制备的含四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中， 并在乙腈溶液中加入少量水增强氧化性，以钼杯为工作电极，进一步氧化碳点，得到粒径不变，光谱最佳发射峰红移的荧光碳点。例如在2. 5V制备得到的碳点，加入到新鲜准备的含0. IM四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中并在乙腈溶液中加入少量水(5wt%)以钼杯为工作电极，设定电势为2. 5V恒电势， 进一步氧化碳点表面两小时，得到粒径不变，光谱最佳发射峰为500nm的绿色荧光碳点。本专利技术利用电化学方法调控氧化电势，实现了对碳点的粒径及表面状态的调控， 该方法具有条件温和，无须进一步分离即可得到单分散且粒径均一的碳点等特点。本专利技术可更广泛地应用于化学、生物和材料科学等领域。附图说明图1在不同的氧化电势下0.5V，1.5V及2.5V氧化电势下制备得到碳点透射电镜图。图2在氧化电势分别为0. 5V，制备时间分别为30min和300min下得到碳点透射电镜图及粒径分布情况。图3在氧化电势分别为2. 5V，制备时间分别为30min和300min下得到碳点透射电镜图及粒径分布情况。图4在氧化电势为0. 5V时，制备得到碳点C-dotsOO. 5V的荧光光谱图。其荧光发射光谱具有随着激发光光谱的改变而改变的特征，其最佳荧光发射峰为400nm，对应的激发波长为320nm。图5在氧化电势为1. 5V时，制备得到碳点C-dotsOl. 5V的荧光光谱图。其荧光发射光谱具有随着激发光光谱的改变而改变的特征，其最佳荧光发射峰为430nm，对应的激发波长为340nm。图6在氧化电势为2. 5V时，制备得到碳点C-dotS@2. 5V的荧光光谱图。其荧光发射光谱具有随着激发光光谱的改变而改变的特征，其最佳荧光发射峰为450nm，对应的激发波长为360nm。图7电化学进一步氧化C-dotS@2. 5V后得到碳点的荧光发射谱。其荧光发射光谱具有随着激发光光谱的改变而改变的特征，其最佳荧光发射峰为500nm，对应的激发波长为 400nmo图8电化学进一步氧化C-dotS@2. 5V后得到碳点的透射电镜图和粒径分布情况。 具体实施例方式下面对以电化学方法可控制备荧光碳点的方法作详细的说明。实施例1①以CHI-617为电化学工作站，采用三电极体系，以碳纤维为工作电极，钼丝为对电极，银丝为准参比电极，在含有0. IM的四丁基高氯酸铵的5ml乙腈溶液中，设定电势为 0. 5V,采用恒电势模式，电化学刻蚀碳纤维30min ；②反应后的乙腈溶液由无色变为棕色，收集反应溶液，通过旋转蒸发，除去乙腈，在所得固体中加入超纯水，超声分散；③将超声分散所得的溶液，过0. 22 μ m的滤膜，除去多余的四丁基高氯酸铵，并用截留分子量为1，000的透析袋透析碳点溶液，除去微量的四丁基高氯酸铵，得到碳点水溶液，记为C-dotsOO. 5V。其荧光发射谱图见图4。实施例2①以CHI-617为电化学工作站，采用三电极体系，以碳纤维为工作电极，钼丝为对电极，银丝为准参比电极，在含有0. IM的四丁基高氯酸铵的5ml乙腈溶液中，设定电势为0.5V,采用恒电势模式，电化学刻蚀碳纤维300min ；②反应后的乙腈溶液由无色变为棕色，收集反应溶液，通过旋转蒸发，除去乙腈，在所得固体中加入超纯水，超声分散；③将超声分散所得的溶液，过0.22 μ m的滤膜，除去多余的四丁基高氯酸铵，并用截留分子量为1，000的透析袋透析碳点溶液，除去微量的四丁基高氯酸铵，得到碳点水溶液。在氧化电势分别为0. 5V，制备时间分别为30min和300min下得到碳点透射电镜图及粒径分布情况如图2所示。实施例3ι以CHI-617为电化学工作站，采用三电极体系，以碳纤维为工作电极，钼丝为对电极，银丝为准参比电极，在含有0. IM的四丁基高氯酸铵的5ml乙腈溶液中，设定电势为1.5V采用恒电势模式，电化学刻蚀碳纤维两小时；O反应后的乙腈溶液由无色变为棕色，收集反应溶液，通过旋转蒸发，出去乙腈，再所得固体中加入超纯水，超声分散；③将超声分散所得的溶液，过0. 22 μ m的滤膜，除去多余的四丁基高氯酸铵，并用截留分子量为1，000的透析带透析碳点溶液，除去微量的四丁基高氯酸铵，得到碳点水溶液，记为C-dotsOl. 5V。其荧光发射谱图见图5。实施例4①以CHI-617为电化学工作站，采用三电极体系，以碳纤维为工作电极，钼丝为对电极，银丝为准参比电极，在含有0. IM的四丁基高氯酸铵的5ml乙腈溶液中，设定电势为2.5V采用恒电势模式，电化学刻蚀碳纤维30min ；()反应后的乙腈溶液由无色变为棕色，收集反应溶液，通过旋转蒸发，出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞代文，包蕾，张志凌，田智全，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：