[发明专利]一种具有上下转换功能的氮掺杂荧光碳点的电化学制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，涉及一种以有机溶剂醇胺或醇/胺混合物为原料的氮掺杂上、下转换荧光碳点（NC-dots）制备方法。 

背景技术

最近，一种碳质荧光纳米材料——碳点（C-dots），受到广泛关注。C-dots是一种单分散的形貌类似球形的碳纳米材料，其粒径一般小于10 nm。表现出优良的荧光性能，如耐光漂白，非闪烁、发射波长可调、上转换性能等；同时，C-dots具有粒径小、良好的水溶性、低毒、生物相容性好以及廉价易得等特点。因此在材料科学、生物化学、生物医学等方面有这广阔的应用前景。目前，C-dots的制备方法很多，如电化学蚀刻法、激光蚀刻法、炭灰氧化腐蚀法，有机物热解法，微波法等。但这些方法得到的C-dots本身荧光产率较低，大都需要表面钝化处理以增强其荧光性能，不易得到大批量的产物。

电化学途径制备C-dots，不仅低耗环保，且操作简单。专利申请号CN200810197695.1公开了一种低毒性C-dots的制备方法，包括如下步骤：将清洗好的碳电极至于电解质溶液中，于较正电位下恒电位电解氧化法对碳电极进行氧化刻蚀，然后将氧化后的碳电极用超纯水淋洗，收集淋洗后的水溶液和电解质溶液，离心，收集上清液，将其用超滤管超滤，得到无细胞毒性耐光漂白的C-dots。专利申请CN201110356592.7公开了一种可控制备C-dots的方法，包括如下步骤：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；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；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1000的透析袋透析后即得到C-dots的水溶液。此外，康振辉小组利用高纯度碳棒为正负极，在醇/碱甚至纯水作为电解质条件下，通过电化学氧化刻蚀，得到了性能良好的碳点。这些方法没有摆脱传统电化学途径制备C-dots思路，以含碳的材料为工作电极，这也就是C-dots中碳的来源——产生的碳点是在电刻蚀作用下从碳棒上剥离下来。这种方法对碳源具有局限性，得到的产物荧光产率较低，且成本高。

发明内容

为了简化荧光C-dots的制备方法，改变C-dots的来源，增加产物荧光，本发明提供了一种氮掺杂荧光碳点（NC-dots）制备方法，该方法以有机溶剂为碳源，施以一定电位使有机物氧化碳化，实现了NC-dots的简便合成，无须繁杂的后续钝化修饰及纯化处理便可得到单分散且粒径均一的NC-dots，制得的NC-dots兼备良好的上、下转换荧光，荧光产率高达26.8%。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有上下转换功能的氮掺杂荧光碳点的电化学制备方法，具体步骤为：

（1）以有机溶剂为碳源，以碱性物质和有机溶剂的混合物作为电解液，铂片作为正极和负极，恒电位模式下，电解电位设置为2.0-30.0 伏，电化学碳化有机物2-5小时，得反应溶液；所述有机溶剂为醇胺或者为醇和胺混合物，其中醇和胺的体积比为1-3:1；

所述碱性物质和有机溶剂的混合物配方配比为：

有机溶剂        180毫升-220毫升，

水              0毫升-30毫升，

碱性物质      0.01克-4克；所述碱性物质为碱或电解后为碱性的盐；

（2）收集产物溶液，向产物溶液中加入酸中和碱性物质至中性，静置将盐沉淀，取上清液，在上清液中加入醇，进一步将盐析出，再次取上清液，得NC-dots醇溶液；

（3）将NC-dots醇溶液蒸发浓缩，并将浓缩后的溶液用截留量 1000-3500 的透析袋透析后得NC-dots的水溶液。

步骤（1）中所述醇胺优选为碳原子数小于5的有机醇胺；所述醇和胺的混合物中，醇优选为除甲醇外碳原子数小于5的小分子醇，胺优选为碳原子数小于4的小分子多元胺。

步骤（1）中所述醇胺优选为乙醇胺或二乙醇胺；所述醇为乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇或丁醇；所述胺优选为乙二胺或丙二胺。

步骤（1）中所述醇和胺的体积比优选为2:1。

步骤（1）中所述碱性物质与有机溶剂的配方配比优选为：

有机溶剂        120毫升-160毫升，

水              10毫升-20毫升，

碱性物质         0.5克-2.5克。

步骤（1）中所述碱性物质与有机溶剂的配方配比更优选为：

有机溶剂        140-150毫升，