[发明专利]一种碳纳米点及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米点及其制备方法与应用，属于纳米材料科学领域。

背景技术

碳纳米点是一种新型的纳米材料，由于其具有诸多独特的优点(如化学稳定性，无光闪烁、耐光漂、无毒、优异的生物相容性)而受到越来越多的关注(Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights， Sheila N. Baker， Gary A. Baker，Angew. Chem. Int. Ed.，2010，49，6726)。具有荧光特性的碳纳米点在生物成像、激光、光电器件等领域具有潜在的应用。

碳纳米点可以通过多种方法进行制备，如激光消融法、电化学法、电弧放电法、热解法、超生和微波法。在这些方法中，微波法由于成本低、相对环保而受到推重。微波法可以迅速提高反应物的温度，加快反应速度和热解速度，可以实现热解法的效果并大幅缩短制备时间。热解法和微波法制备碳纳米点通常以含多羧基或多羟基的有机化合物为原材料，例如，文献(Microwave synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with electrochemiluminescence properties，Hui Zhu, Xiaolei Wang, Yali Li, Zhongjun Wang, Fan Yang，Xiurong Yang，Chem. Commun.，2009，51)，以葡萄糖和果糖等糖类衍生物为原料，通过微波法制备碳纳米点；文献(Microwave assisted one-step green synthesis of cell-permeable multicolor photoluminescent carbon dots without surface passivation reagents，Xiaohui Wang，Konggang Qu，Bailu Xu，Jinsong Ren，Xiaogang Qu，J. Mater. Chem.，2011，21，244)，以甘油为原料，通过微波法制备碳纳米点；文献(Tuning of photoluminescence on different surface functionalized carbon quantum dots，Sourov Chandra，Shaheen H. Pathan，Shouvik Mitra，Binita H. Modha，Arunava Goswami，Panchanan Pramanik，RSC Adv., 2012，2，3602)，以壳聚糖、海藻酸和淀粉为原料，通过微波法制备碳纳米点。

为了获得具有荧光特性的碳纳米点，通常需要引入含有聚合物链的表面钝化修饰剂。例如，文献(Microwave synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with electrochemiluminescence properties，Hui Zhu, Xiaolei Wang, Yali Li, Zhongjun Wang, Fan Yang，Xiurong Yang，Chem. Commun.，2009，51)，以葡萄糖和果糖等糖类衍生物为原料，在无表面钝化修饰剂的情况下，通过微波法制备的碳纳米点表现出很弱的荧光，当加入聚乙二醇(平均分子量200)作为表面钝化修饰剂后，通过微波法制备的碳纳米点表现出增强的荧光显现，荧光量子效率3%-6%。但含有聚合物链的表面钝化修饰剂的成本较高，且残留的含有聚合物链的表面钝化修饰剂不易除去。碳纳米点在稀溶液状态可以具有好的分散特性，表面钝化的碳纳米点的稀溶液可以表现出较强荧光特性。而在聚集态下，材料纳米尺寸效应消失，会表现出强的荧光淬灭现象，极大地限制了该类材料在固态发光体系中的应用。现有技术中还没有同时具有制备成本低、制备方法简单、环保，固态体系中表现出高荧光量子产率、并可以应用到日常生活中的碳纳米点。

发明内容

本发明的目的在于降低荧光碳纳米点的制备成本，拓宽碳纳米点的应用领域，提供一种碳纳米点及其制备方法与应用。

本发明提供一种碳纳米点，该碳纳米点是以含多羧基或多羟基的有机化合物为原料，或以氨基酸为原料，以尿素为表面钝化剂制备而成的，步骤如下：

①尿素与含多羧基或多羟基的有机化合物，或氨基酸按质量比0.1:1-4:1配制成水溶液；

②将①所制备的水溶液通过微波加热反应获得棕黑色固体；

③将棕黑色固体经真空加热，除去残留的小分子化合物，即得到碳纳米点。