[发明专利]单一磷酸盐辅助水溶性荧光碳量子点固体粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种单一磷酸盐辅助水溶性荧光碳量子点固体粉末的制备方法。

背景技术

近年来，碳基纳米材料由于其在电子、生物等领域的潜在应用引起了广泛的关注。新兴的零维碳量子点具有良好的水溶性和光致发光特性，并且低毒性，发射波长和激发波长可调控，易于表面修饰，在生物检测、标记、传感器、催化、药物载体、光学等诸多领域都备受青睐。

2006年，Sun等基于激光消融技术（Sun,Y.P.;Zhou,B.;Lin,Y.;Wang,W.;Fernando,K.A.S.;Pathak,P.;Meziani,M.J.;Harruff,B.A.;Wang,X.;Wang,H.;Luo,P.G.;Yang,H.;Kose,M.E.;Chen,B.;Veca,L.M.;Xie,S.Y.J.Am.Chem.Soc.2006,128,7756.），经过多步处理首次得到了发光性质较好的荧光碳纳米粒子。随后，越来越多的研究者加入到荧光碳量子点的研究中，并建立一系列新的制备方法，以期进一步提高碳量子点的荧光性能，扩大其应用范围。迄今为止，碳量子点的制备主要包括弧光放电法、化学氧化或热解法、电化学剥离法、激光烧蚀法等。但是，大部分的制备方法都要求在有机溶剂、强酸强碱、高温及无水无氧等苛刻的反应条件中进行，不仅制备过程需要较长的时间，且制备的有效产量低，后处理步骤繁琐，限制了碳量子点的广泛应用。因此，寻找无毒、环保、高效快速和提纯容易的大规模生产方法成为了碳量子点研究的当务之急。

最近，微波辅助方法由于其快速高效的热效应，可以在几分钟内热解碳前驱体，从而制备碳量子点。但是，最初合成的碳量子点没有荧光或者荧光很弱，无法直接应用于荧光标记和生物成像，因此还需要进一步的修饰，使其功能化，以提高其荧光性能。就目前的研究来看，表面钝化和掺杂是最常用的修饰方法。尽管如此，得到的碳量子点几乎都是以溶液状态存在，不仅有效产率很低，而且钝化剂的加入也增大了后处理过程中分离提纯的难度，难以实现大规模的生产应用。因此，简单，经济的批量化制备高荧光性质的碳量子点仍旧是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种单一磷酸盐辅助水溶性荧光碳量子点固体粉末的快速制备方法，此方法无毒环保，制备简单，原材料价格低廉，收率较高，可以在几分钟内一步直接获得碳量子点固体粉末。得到的碳量子点水溶性好，且具有优异的光致发光特性。

本发明所述的单一磷酸盐辅助水溶性荧光碳量子点固体粉末的制备方法，包括以下步骤：

（1）以糖类、氨基酸或含有羧基、羟基的小分子有机物等作为反应前驱物（即碳源），取2.5～7.5g反应前驱物，加入到10～15mL可溶性磷酸盐溶液中，反应前驱物和可溶性磷酸盐的摩尔比为2～5：1；室温下超声1～2min使溶液混合均匀，得到无色均一的透明溶液；

（2）将该透明溶液置于微波下加热2～3min，从而得到含有碳量子点的固体粉末；

（3）将含有碳量子点的固体粉末溶解在乙醇和水的混合溶液中（混合溶液中乙醇的体积分数为75%～90%），超声分散3～5min，在4500～10000r/min条件下离心6～10min，去除沉淀；

（4）向步骤（3）得到的溶液中依次加入5g强碱性阴离子交换树脂和5g强酸性阳离子交换树脂，在1000～2000r/min条件下离心4～7min，得上层清液；

（5）将步骤（4）得到的上层清液在45～60℃下旋转蒸发，得到纯化的碳量子点粉末。

所述的可溶的磷酸盐溶液为磷酸一氢钠（钾/铵）水溶液，磷酸二氢钠（钾/铵）水溶液，磷酸钠（钾/铵）水溶液。

所述的反应前驱物包括糖类（如葡萄糖、蔗糖等），氨基酸（如酪氨酸，甘氨酸等）以及一些含有羧基、羟基的小分子有机物（如柠檬酸、柠檬酸铵）等。

所述的溶剂乙醇为分析纯。

所述的强碱性阴离子交换树脂包括：201×4强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、201×7凝胶强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、D290大孔强碱性阴离子交换树脂、D296大孔强碱性阴离子交换树脂、D201大孔强碱性阴离子交换树脂等。

所述的强酸性阳离子交换树脂包括：001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、001×4凝胶型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、005×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、D72大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、D001-CC大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂等。