一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法。该方法包括：将一水合柠檬酸与脲混合，热解，冷却，加入去离子水溶解后离心，过滤纯化，冷冻干燥，得到碳点。该方法通过对热解温度和时间的控制得到了蓝色、绿色两种不同荧光发光、收率较高的水溶性的碳点固体粉末，且组分均一。

A method of preparing controllable photoluminescence carbon point by changing temperature

【技术实现步骤摘要】
一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法
本专利技术属于碳纳米材料制备领域，特别涉及一种过改变温度制备可控光致发光碳点的方法。
技术介绍
荧光材料一直以来备受材料学、化学及生命科学等领域的广泛关注，其在细胞成像及生化传感中的应用研究取得了长足的进展。为克服传统有机染料光稳定性差及半导体量子点存在生物毒性等不足，近年来科学家们通过调控碳材料的尺寸和表面化学性质，发展了一种新型荧光材料--碳点(carbondots，CDs)。作为一种新型的荧光材料，CDs具备更宽而连续的激发光谱、稳定的荧光性能、良好的生物相容性和低毒性，并且可通过化学修饰的手段实现功能化。与有机染料相比，CDs的粒径和分子量更小，更有利于通过分子内吞作用实现细胞成像，因此在生物成像、标记和检测等领域有着良好的应用前景。碳点的荧光颜色，以蓝色居多，也有少量绿色或黄色的报道。实现碳量子点多色的发光是目前有待解决的重要问题。近年来，研究者们借鉴量子点、石墨烯等其他材料的改性方法，通过异原子掺杂等方法来克服碳点的某些缺陷，提高碳点量子产率。在已报道的众多改性方法中氮掺杂及其与其他异原子共掺杂是目前研究最多的方法。近年来氮掺杂碳点在制备上取得了重要进展，合成方法逐渐多样化，操作过程更加绿色、简便。目前主要有以柠檬酸或葡萄糖为碳源，双氰胺、氨水、乙二胺、肼和氨基酸为氮源，水热法处理得到粒径均一的N-CDs，或直接处理氨水、N,N-二甲基甲酰胺和氧化石墨烯，微波处理葡萄糖和氨水等方法得到粒径小于10nm的N-CDs，以及通过简便绿色的方法将生活中常见的牛奶、草莓汁、尿液等含氮物质作为氮源及碳源制备N-CDs。但上述这些方法处理得到的碳点经证实，都为混合物。对这些粗产物使用色谱柱、层析法等方式对其分离能得到不同的样品片段，不同的样品片段显示出不同的光学性能。分离、提纯的成本极高，且效果不尽人意，不适用于大规模量产。中国专利CN109181689A公开了将柠檬酸、十六胺和脲以质量比为1:1:1-1:5:3混合，120℃-220℃煅烧5min-8h，有机溶剂溶解，过滤，干燥，萃取，得到了疏水性氮掺杂荧光碳点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法，以克服现有技术中碳点混合物不易分离的缺陷。本专利技术通过对热解温度和时间的控制，成功制备得到了具有蓝色和绿色两种不同荧光的碳点，且组分均一。本专利技术的一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法，包括：将一水合柠檬酸与脲以质量比为1-2:1.5-2混合，热解，冷却，加入去离子水溶解后离心，过滤纯化，冷冻干燥，得到水溶性碳点，当热解温度为148-153℃，热解时间为1.8-2.2h，或者热解温度为178-185℃，热解时间为10-14min时，得到蓝色荧光的水溶性碳点，当热解温度为180-185℃，热解时间为2-2.2h，得到绿色荧光的水溶性碳点。所述离心速度为8000-10000r/min，离心时间为10min。所述过滤纯化是采用孔径为0.22微米的微孔滤膜。本专利技术提供一种由上述方法制备的可控光致发光碳点。本专利技术还提供一种由上述方法制备的可控光致发光碳点的应用。本专利技术不需要用十六胺，并且通过改变热解温度和时间便可调节碳点发光性质，操作过程容易，反应物用料简单，无需任何添加剂、活性剂和溶剂等，绿色安全无污染，原子利用率和产率高，符合绿色化学原则。有益效果本专利技术以柠檬酸为碳源，脲为氮掺杂剂，通过对热解温度的控制得到了蓝色、绿色两种不同荧光发光、收率较高的水溶性的碳点固体粉末，且组分均一。本专利技术制备过程简单，所制备的蓝色和绿色两种碳点荧光量子产率高，具有良好的抗光漂白性和稳定性，，原料丰富，成本极低，适合大规模简便环保地量产。因此本专利技术制备得到的荧光碳点具有较高的实用前景。附图说明图1为本专利技术制备可控光致发光碳点的过程；图2为本专利技术实施例1中蓝色荧光碳点(CA-N-CDs)的三维荧光图谱；右上角插图左边为紫外灯下的碳点溶液(蓝色)，右边为日光灯照射下的碳点溶液；图3为本专利技术实施例2中绿色荧光(CA-N-CDs)的三维荧光图谱；右上角插图左边为紫外灯下的碳点溶液(绿色)，右边为日光灯照射下的碳点溶液；图4为本专利技术实施例1中产物的紫外-荧光复合光谱图；图5为本专利技术实施例2中产物的紫外-荧光复合光谱图。图6为本专利技术实施例3中蓝色荧光碳点(CA-N-CDs)的三维荧光图谱；其中右上角插图左边为日光灯下的碳点溶液，右边为紫外灯照射下的碳点溶液(蓝色)；图7为本专利技术实施例4中绿色荧光碳点(CA-N-CDs)的三维荧光图谱；其中右上角插图左边为日光灯下的碳点溶液，右边为紫外灯照射下的碳点溶液(绿色)；图8为本专利技术实施例3中产物的紫外-荧光复合光谱图；图9为本专利技术实施例4中产物的紫外-荧光复合光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。所用的主要试剂有一水合柠檬酸(99.0％，500g)，国药集团化学试剂有限公司购买；脲(99.0％，500g)，国药集团化学试剂有限公司购买。实施例1为研究本专利技术中制备得到蓝色荧光碳点的方法，选用一水合柠檬酸作为碳源，脲为氮掺杂剂，称取一水合柠檬酸固体1g，脲为2g，在镍坩埚中充分混合，置于150℃烘箱内煅烧2h，得到碳点粗产物。将合成得到的碳点(CA-N-CDs)稍冷却后，加入10ml去离子水溶解，待合成产物充分溶解后使用离心机高速离心，以10000r/min的转速高速离心10min，取上清液；将离心后的碳点(CA-N-CDs)上清溶液通过0.22微米微孔滤膜过滤纯化，得到碳点溶液。将上述纯化样品溶液稀释至紫外吸光度低于0.05，检测该溶液的荧光强度，得到碳点溶液的荧光图谱，从该图谱中可以看出制备的蓝色碳点溶液在450nm处有一个发射峰(用紫外吸收结果中，最大吸收峰350nm激发)，并且具有很强的荧光强度；用紫外灯照射后发出明亮的蓝色。将上述纯化产物溶液经低温冻干机冻干成粉末。称量产物粉末质量2.21g，结合反应物总质量3g，计算得到本方案中碳点的收率为73.7％。从图2的3D图和底层EX和EM平面荧光光谱等高线可以看出，当激发波长在350nm时，对应的发射波长在450nm左右，此处的荧光强度最强，对应3D图中尖锐处。从图4可以看出蓝色碳点有且仅有一个紫外吸收峰，最大吸收峰位置约在350nm处；使用350nm的激发光去激发该碳点时，可以看出有且仅有一个荧光发射峰，最大发射峰位置约在450nm处，这与观察到的该蓝色碳点相对应。实施例2研究本专利技术中制备得到绿色荧光碳点的方法，将实施例1中“置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法，包括：/n将一水合柠檬酸与脲以质量比为1-2:1.5-2混合，热解，冷却，加入去离子水溶解后离心，过滤纯化，冷冻干燥，得到水溶性碳点，当热解温度为148-153℃，热解时间为1.8-2.2h，或者热解温度为178-185℃，热解时间为10-14min时，得到蓝色荧光的水溶性碳点，当热解温度为180-185℃，热解时间为2-2.2h，得到绿色荧光的水溶性碳点。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过改变温度制备可控光致发光碳点的方法，包括：
将一水合柠檬酸与脲以质量比为1-2:1.5-2混合，热解，冷却，加入去离子水溶解后离心，过滤纯化，冷冻干燥，得到水溶性碳点，当热解温度为148-153℃，热解时间为1.8-2.2h，或者热解温度为178-185℃，热解时间为10-14min时，得到蓝色荧光的水溶性碳点，当热解温度为180...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兴平，马琛敖，柳絮萦，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31