[发明专利]一种利用共轭聚合物制备碳量子点的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及碳量子点的制备方法及应用，具体地涉及一种利用共轭聚合物制备碳量子点的方法及其应用。

背景技术

碳元素是地球上所有已知生命的基础。由于其具有多样的电子轨道特性(sp¹、sp²、sp³)，因此可以形成结构和性质奇特的许多物质。碳量子点具有发光可调、荧光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好、无毒性、易于功能化、能够高产率制备等特性，碳量子点有望在光电子器件、纳米催化剂、生物分析、荧光成像和光热治疗癌症等技术领域显示其广阔的应用前景[Angew.Chem.Int.Ed,2010,49,6726-6244;Chem.Comm.2012,48.3686-3705]。

目前，制备碳量子点的方法主要有“自上而下”的方法包括：激光溅射石墨法、电化学腐蚀石墨法、质子束溅射金刚石法、燃烧法和“自下而上”的方法包括热氧化小分子前驱物和微波合成法等。碳量子点在生物标记，荧光传感和光热治疗癌症等方面有着广阔的应用前景，但这些方法都很难实现蓝光-绿光-黄光-红光-近红外发光的碳量子点的宏量制备。因此，探索低成本宏量生产不同发光碳量子点的方法对国民经济和科学研究都具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用共轭聚合物制备碳量子点的方法及其应用；本发明以共轭聚合物为前驱物宏量制备不同荧光发射波长的碳量子点，制得的碳量子点可应用在体内和体外成像等。

本发明提供一种利用共轭聚合物制备碳量子点的方法，包含以下步骤：

1)向共轭聚合物中加入0.01~1000倍共轭聚合物质量、0~1M的酸或碱的水溶液，混合均匀，得到反应液；

2)将混合均匀的反应液转入反应器，100℃～500℃条件下反应1~24小时；

3)反应完后冷却到室温，收集反应液，分离提纯，得到碳量子点。

进一步地，所述共轭聚合物是具有以下结构式的共轭聚合物中的一种或两种以上混合物：

式中：

PT中m，n为0～10000，m和n不同时为0；PPV、PF、PPP、PE中n为1～10000；

Ar₁分别或同时为噻吩、吡咯、苯、萘、蒽、芘、吲哚、香豆素、荧光素、咔唑、罗丹明、氰基染料、芴或喹啉；

Ar₂分别或同时为下列结构式中的一种：

X，Y分别或同时为O、S、Se、N-R₅或Si-R₆R₇；

Z，R₁，R₂，R₃，R₄，R₅，R₆，R₇，R₈，R₉，R₁₀，R₁₁，R₁₂，R₁₃，R₁₄，R₁₅分别或同时为氢原子、1～18个碳的烷基、羟基、巯基、羧基、氨基、酰胺、酸酐、氰基、烯基、炔基、芳基、酯基、醚基、季铵盐、磺酸盐、磷酸盐或聚乙二醇基。

这类共轭聚合物可以购买或者通过现有方法可以方便地制得。

所述0~1M的酸或碱的水溶液，是指可以使用纯水、酸的水溶液、碱的水溶液。

进一步地，步骤1）中，所述酸的水溶液为盐酸、次氯酸、高氯酸、氢溴酸、次溴酸、高溴酸、碘酸、次碘酸、高碘酸、氢氟酸、硼酸、硝酸、亚硝酸、醋酸、柠檬酸、硫酸、次硫酸、碳酸、磷酸、焦磷酸、次磷酸的水溶液中的一种或两种以上混合物。

进一步地，步骤1）中，所述碱的水溶液为碱金属或碱土金属的氢氧化物水溶液、磷酸盐水溶液、磷酸一氢盐水溶液、磷酸二氢盐水溶液、氨水中的一种或两种以上混合物。

现有的可使用的反应器均可用于本发明，优选地所述反应器为微波反应器、超声波反应器或水热反应釜。

进一步地，步骤3)中，所述室温温度为10℃~35℃。

步骤3）反应后，可将反应器自然冷却到室温，也可使用其他冷却手段，比如将反应器立刻放到水中猝冷。

进一步地，步骤3)中，所述分离提纯是采用透析袋分离提纯。