[发明专利]一种激光辐照制备荧光碳量子点的方法

说明书

技术领域

本发明属于量子点制备技术，具体涉及一种激光辐照制备荧光碳量子点的方法。

背景技术

量子点(QDs)因其特殊的光学、电学性质，受到了研究人员的极大关注和广泛研究，而碳量子点(CQDs)是一种与半导体量子点有着相似的光学性能的环境友好型纳米荧光材料，不仅具有光学性能优良、尺寸小等传统半导体所具有的各种优点，而且具有生物相容性好、细胞毒性低、制备成本低廉、反应条件温和以及易于规模化合成及修饰等的优势，在生物传感以及医学成像领域已显示出巨大的潜在价值。碳量子点是一类尺寸在10nm以下的新型纳米功能材料，在用电泳法制备碳纳米管的纯化过程中首次被发现。现有合成方法可概括为化学法和物理法两大类：化学法包括电化学法、氧化法、微波辅助法和模板法等；物理法包括电弧放电法及激光烧蚀法等。概括起来，化学方法在制备的过程中会对环境产生污染，电弧放电法制备量子点效率低，微波法和激光烧蚀法制作方便但需要多种反应物，制备工艺复杂。此外，现有制备方法无论是物理法还是化学法，为了使所得的碳量子点具备荧光特性，都需要在制备过程中加入表面修饰剂对量子点进行修饰才行，这样不仅加大了工艺复杂性，同时也提高了成本。[Sun YP,Z.B.,Lin Y,et al.Quantum-Sized Carbon Dots for Bright and Colorful Photoluminescence.J.Am.Chem.Soc.2006,128(24):7756-7762.；Wang,F.,et al.One-Step Synthesis of Highly Luminescent Carbon Dots in Noncoordinating Solvents.Chem.Mater.2010,22(16):4528-4530.]

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简单，实验条件可控性好的激光辐照制备荧光碳量子点的制备方法，所要解决的技术问题是使所获得的碳量子点无需表面修饰即表现出光致发光的荧光特性。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明激光辐照制备荧光碳量子点的方法，其特点是：以苯、取代苯或多苯环化合物中的一种为碳源，通过波长在380nm以内的紫外光照射呈液态的碳源或照射由呈固态的碳源溶解于乙醇中所获得的碳源溶液1～120分钟，即得荧光碳量子点；即当碳源为液态时，直接通过紫外光进行照射，当碳源为固态时，将其溶解于乙醇溶液中再进行照射，同时由于苯、取代苯或多苯环化合物对紫外光吸收较明显，因此选择380nm以内的激光作为照射源。

所述取代苯选自甲苯。

所述多苯环化合物选自萘、二甲基萘。

所述紫外光照射是通过稀有气体单卤化物准分子激光器以单脉冲功率120mJ～400mJ和工作频率1～20Hz的条件完成。

本发明激光辐照制备荧光碳量子点的方法的具体步骤为：

将1～100ml呈液态的碳源或照射由呈固态的碳源溶解于乙醇中所获得的碳源溶液装入石英容器中，向所述石英容器中通入氩气进行保护，然后密封石英容器，通过稀有气体单卤化物准分子激光器透过所述石英容器以波长在380nm以内的紫外光照射所述碳源1～120分钟，单脉冲功率选择为120mJ～400mJ，工作频率选择为1～20Hz，即得荧光碳量子点，所述荧光碳量子点分散在原溶液中。

所述石英容器是以透远紫外光学石英玻璃或透紫外光学石英玻璃制得的石英试管或石英烧杯。

稀有气体单卤化物准分子激光可以以不同的准分子气体提供不同波长的紫外光，例如氟化氩(193nm紫外光)、氟化氪(248nm紫外光)、氯化氙(308nm紫外光)、氟化氙(351nm紫外光)等。准分子激光器的特点是脉冲时间短，单脉冲输出能量高，以脉宽20ns单脉冲能量100mJ的脉冲为例，脉冲瞬间平均功率可达10⁶瓦，因此苯、取代苯或多苯环化合物的分子经过多光子吸收后，分子中的C-H键发生断裂，同时，由于C-C键键能较C-H键键能高，C-C键更加稳定，因此，C-H键断裂后分子进行自组装时，将倾向于生成由C-C键结合的更加稳定的碳量子点。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明使用的碳源及其溶液单一，碳源选择多样化，制备过程采用的激光功率和辐照时间可控性好，室温下即可进行，所获得的碳量子点粒径在2～7nm，具有规则的石墨晶体结构，结果表明，该方法制备的碳量子点无需表面修饰，即表现出光致发光的荧光特性。