一种高荧光量子产率碳量子点的制备方法技术

一种高荧光量子产率碳量子点的制备方法，步骤1：将20毫升对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净；步骤2:按质量比1:10:10取富勒烯（C60）、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），按1:59的体积比取1%双氧水和超纯水，且富勒烯（C60）与双氧水的质量体积比为1:1,将反应物加入反应釜内衬中；步骤3：将反应釜内衬放入反应釜釜体密封，放入鼓风干燥箱中，于150反应1小时，冷却得到棕色溶液；步骤4：离心，将上清液转移到离心管中即得到产物高荧光量子产率碳量子点。本发明专利技术利用水热合成的方法，方法简单，不需要后续的修饰步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料技术。
技术介绍
碳量子点(CQDs，以下简称为碳点)，因其良好的发光性能，优良的光稳定性，以及低毒性而被研究者们广泛关注。2006年，由Sun等人报道了表面被有机物钝化的碳纳米颗粒可以发出可见光，首先制得了碳点。2007和2008年有人又相继报道了两种方法制备发光碳纳米颗粒。分别是通过电化学方法处理多壁碳纳米管制备碳点和通过酸煮处理蜡烛灰的方法制备碳点。近期，Pang等用电化学法氧化石墨电极得到了可以发出多种颜色荧光的碳点。相较而言，以上所述的碳点都有些比较明显的缺陷，比如量子产率较低，半峰宽较宽等，而最普遍的现象是在聚集的时候，荧光会被猝灭掉，这也是荧光分子和量子点的通病。而一种新现象可以从另一个方面克服量子点在聚集的时候荧光被猝灭的缺点，这种新现象就是聚集导致荧光增强。这种新现象最开始是由唐本忠教授在研究有机小分子时发现的。这种特殊的性质可以使某些经过设计的有机小分子在聚集的时候荧光不但不会被猝灭反而会增强。而这种独特的性质现在仅仅在有机小分子被发现，而在无机纳米颗粒中还没有相关报道。针对以上问题，通过简单方法制备高量子产率并且具有聚集导致荧光增强现象的碳点是有很重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是 针对现在通用合成碳点量子产率较低的缺点，通过简单的水热反应一步法合成具有高荧光量子产率的碳点，该方法操作简单，合成步骤仅有一步，且不需要较高温度或者复杂后处理。本专利技术的技术方案如下:—种高荧光量子产率碳量子点的制备方法，步骤如下:步骤1:将20毫升对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净待用；步骤2:按质量比1:10:10(质量正负误差不超过5%)，取富勒烯(C6Q)、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，按1:59的体积比(体积正负误差不超过5%)量取1%双氧水和超纯水，且富勒烯(C6tl)与双氧水的质量体积比为1:1，将以上反应物加入步骤(I)中洗净的反应釜内衬中；步骤3:将反应釜内衬放入反应釜釜体中，加盖密封，然后将反应釜放入鼓风干燥箱中，于150±5° C反应一个小时，然后随炉自然冷却至室温，得到棕色溶液；步骤4:以12000±500转每分钟离心10分钟，将上清液转移到离心管中即得到产物高荧光量子产率碳量子点。本专利技术利用水热合成的方法，简单易得地合成了高量子产率的碳点，并且不需要后续的修饰步骤。该碳点的粒径大约为5nm，量子产率最高可以达到80.76%。并且具有聚集导致荧光增强的效果。可以预测，该独特的性质可能在能量转移，发光器件和细胞成像方面得到更广泛的应用。附图说明图1是透射电镜以及高分辨透射电镜对碳点的形貌进行表征，柱状图为统计图中粒子得到的粒径分布图。图2是原子力显微镜对碳点闻度的表征。上图为可视图像，下图为以上图红色和绿色两条线所过之处的高度变化图。图3是动态光对碳点溶液的粒径统计。由于水分子的作用，该粒径大小会比电镜结果稍大。图4是以硫酸奎宁为标准，线性拟合碳点和硫酸奎宁的量子产率。图5是该碳点的吸收，激发，发射光谱图。内嵌图为该碳点分别在白光和紫外灯光照射下的图像。图6是该碳点在不同激发光激发下的荧光光谱图。内嵌图为该一系列的荧光光谱的归一化光谱图。 图7是该碳点在ATP的静电作用下聚集后的透射电镜图(a-e图)。f 图为a_e图中碳点溶液的荧光光谱图(其中激发光波长为320nm)。图8是该碳点在加入不同浓度的氯化钠后的荧光强度变化趋势图(a图，其中激发光波长为320nm)。b图为该碳点在加入不同浓度的氯化钠后的动态光粒径变化趋势图。具体实施例方式实施例1:步骤1:将20毫升对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净待用。步骤2:称取0.0lg富勒烯(C6Q)，0.1g氢氧化钠，0.1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，另外量取0.lmLl%双氧水(较多双氧水的加入会有危险)和5.9mL超纯水，将以上所称量的反应物加入步骤I中洗净的反应釜内衬中。步骤3:将反应釜内衬放入反应釜釜体中，加盖密封。然后将反应釜放入鼓风干燥箱中，于150° C反应一个小时，然后随炉自然冷却至室温，得到棕色溶液。步骤4 =12000转每分钟离心十分钟，将上清液转移到干净的4mL离心管中即得到产物。实施例2:步骤I和步骤3与实施例相同。步骤2为:称取0.0098g富勒烯(C6Q)，0.1012g氢氧化钠，0.1002g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，量取0.100mLl%双氧水和5.900mL超纯水，将以上所称量的反应物加入步骤I中洗净的反应釜内衬中。以下是产物的形貌光学性质等表征:(I)形貌表征:通过透射电镜和高分辨投射电镜可以看出，该碳点的是分散的，没有发现聚集的情况。其大小是均匀的，粒径大小约为3.75±0.75nm，如图1所示。通过原子力显微镜可以看出碳点的高度大约为5nm左右，如图2所示，该结论也与用过动态光表征得到的结果相证实(图3)。由此可以看出，该碳点为直径约为5nm左右的近球形，从外貌上上符合量子点的特点。(2)量子产率:以硫酸奎宁(0\=0.54)为标准物计算了该碳点的荧光量子产率。计算方法为，将奎宁固体溶解于0.1M的硫酸中，在吸收光谱仪上测定该溶液的吸收值,为A10然后在测定该吸收值为A1的硫酸奎宁溶液的荧光峰积分面积，为1:。重复以上步骤，分别得到四组不同的硫酸奎宁溶液的吸收值A2, A3, A4和A5 (A1, A2, A3, A4和A5的值两两相异，且其中的最大值不大于0.7，最小值不小于0.2)，以及其对应的荧光强度值12，I3, I4和I50以吸收值为横坐标，荧光峰积分面积为纵坐标做作图，得到以硫酸奎宁为标准的量子产率标准曲线。按以上方法，将硫酸奎宁溶液替换为碳点溶液，即得到碳点量子产率曲线，如 ^ ^ Jfl Y]图4所示。然后按照公式进行计算，其中O为所求的碳点的量子产率，CDk mR 1Ir为硫酸奎宁标准物的量子产率，m为摊点量子产率曲线的斜率，mK为硫酸奎宁为标准的量子产率标准曲线的斜率 ，n为碳点所处溶液环境的折光指数，即为水的折光指数1.33,硫酸奎宁溶液所处环境的折光指数，也即为水的折光指数1.33。计算得到该碳点的量子产率为80.76%。重复测定三批不同时间合成的碳点的量子产率，其值为66.50± 14.26%。可以看出，相较现有的其他碳点的量子产率，该碳点的量子产率是较高的。(3)光学性质:通过吸收表征该碳点的吸收值可以发现其在260nm出有一个宽的肩峰，在205nm左右有较高的吸收值。通过观察该碳点的激发发射光谱，可见其最大激发峰在335nm (3.70eV)处，最大的发射峰在395nm (3.14eV)处，半峰宽为60nm左右(图5)，且发射峰波长几乎不随激发波长的改变而改变，如图6所示。(4)材料所具有的性质和用途:该碳点具有聚集导致荧光增强的效果。由于该碳点中带有CTAB，所以该碳点是带正电的。而当带负电腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)加入后，碳点将会在静电作用下发生聚集。一般情况下，荧光物质聚集后会发生荧光猝灭的现象，该碳点的荧光却发生了增强，如图7所示。另外也将碳点与不同浓度的盐溶液混合，比较了其在320nm激发下，395nm处的荧光强度变化。从图八中可以看出，随着盐浓度的增加，碳点的荧光明显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有聚集导致荧光增强性质的高荧光量子产率碳量子点的制备方法，所述方法步骤如下：步骤1：将对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净待用；步骤2:按质量比为1:10:10，取富勒烯（C60）、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），按1:59的体积比量取1%双氧水和超纯水，且富勒烯（C60）与双氧水的质量体积比为1:1,将以上反应物加入步骤（1）的反应釜内衬中；步骤3：将反应釜内衬放入反应釜釜体中，加盖密封，然后将反应釜放入鼓风干燥箱中，于150±5°C反应一个小时，然后随炉自然冷却至室温，得到棕色溶液；步骤4：以12000±500转每分钟离心，10分钟，将上清液转移到离心管中即得到产物高荧光量子产率碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种具有聚集导致荧光增强性质的高荧光量子产率碳量子点的制备方法，所述方法步骤如下: 步骤1:将对位聚苯掺杂的聚四氟乙烯反应釜内衬用超纯水洗净待用； 步骤2:按质量比为1:10:10，取富勒烯(C6Q)、氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，按1:59的体积比量取1%双氧水和超纯水，且富勒烯(C6tl)与双氧水的质量体积比为1:1，将以上反应物加入步骤(1)的反应釜内衬中； 步骤3:将反应釜内衬放入反应釜釜体中，加盖密封，然后将反应釜放入鼓风干燥箱中，于150±5° C反应一个小时，然后随炉自然冷却至室温，得到棕色溶液； 步骤4:以12000±500转每分钟离心，10分钟，将上清液转移到离心管中即得到产物高荧光量子产率碳量子点。2.根据权利要求1所述的具有聚集导致荧光增...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄承志，高铭萱，吴竹莲，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：