[发明专利]一种碳点/金复合纳米粒子的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及碳与贵金属的复合纳米材料的制备及应用，特别涉及一种高量子产率小尺寸碳点/金(Cdot-Au)复合纳米粒子的制备方法及其用途。

背景技术

复合纳米材料将不同功能的纳米材料加以整合，可构建出具有多重功能的纳米粒子，实现单一纳米粒子无法完成的应用目标，是纳米材料研制的重要方向之一。一方面，碳点是近年发展起来的一类新型碳纳米材料，因具有荧光强度高、耐光漂白、无光闪烁、生物相容性好、易于修饰改性等诸多优点而备受关注。另一方面，金属纳米粒子具有特殊的光电性能，如光催化、光热效应、表面等离子共振等，通过改变粒径、形貌或化学环境，可调控金属纳米粒子的物理化学性能。为结合两者的优势，据报道，自2004年Xu等发现碳点以来，科研工作者设计了多种基于碳点的金属复合纳米材料，并探索了其在各个领域的应用，如胡胜亮等制备了碳/银复合纳米粒子并考察了其对亚甲基蓝的可见光催化性能，康振辉等合成了碳/金复合纳米材料并探讨了对环己烷的光催化性能，张友玉等构建了碳/金复合纳米粒子并应用于检测氨基酸。上述工作表明，通过简单混合的方法，调控实验条件能够获得碳/金复合纳米粒子。然而，所制备的复合纳米粒子的量子产率远低于碳点本身。此外，由于还原剂和稳定剂是不同物质，而碳点与金颗粒之间的作用力弱，异相成核作用有限，均难以抑制高表面能的金纳米团簇向金纳米颗粒的转变，导致复合纳米粒子粒径大且分散。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高量子产率小尺寸碳点/金复合纳米粒子的制备方法及其用途。本发明通过将强稳定和还原作用的官能团如巯基和氨基等同时引入小尺寸的碳点，并以碳点为异相成核中心，原位还原和稳定金颗粒，构建出高量子产率小尺寸的碳点/金复合纳米粒子(Cdot-Au)。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种碳点/金复合纳米粒子(Cdot-Au)的制备方法，所述方法包括如下步骤：

A、以柠檬酸和半胱氨酸为原料，制备氮硫共掺杂的碳点，从而将具有还原和稳定作用的官能团同时引入碳点；所述官能团包括羟基、羧基、氨基、巯基等；

B、将氯金酸的水溶液加入至所述碳点的水溶液中，以碳点为金纳米颗粒异相成核中心、还原剂和稳定剂，发生原位还原反应，制得Cdot-Au粗产物；

C、所得粗产物经离心和透析纯化后得到碳点/金复合纳米粒子水溶液，烘干即得所述碳点/金复合纳米粒子。

与现有的制备方法相比，上述制备方法中，由于碳点同时起到了成核、还原和稳定的作用，避免加入任何表面活性剂或吸附剂等，制备具有量子产率高、粒径小、生物毒性小和耐光漂白等特点的复合纳米粒子。同时制备方法也大大简化。

作为优选方案，所述步骤A中，所述的氮硫共掺杂碳点量子产率大于20％，粒径小于等于3nm。更优选量子产率大于50％。更优选粒径为1～3nm。

所述步骤B中，所述氮硫共掺杂碳点的异相成核、还原和稳定等协同作用，制备可控的碳点/金复合纳米粒子。

作为优选方案，所述步骤A中，氮硫共掺杂的碳点制备包括：

将0.5～3.5g柠檬酸与0.5～2g L-半胱氨酸加入10mL水中，搅拌至均匀混合，得混合溶液；

将所述混合溶液转移至水热反应釜中，于180～200℃马弗炉中反应2～8h，冷却至室温；经离心、透析、过滤、干燥得纯化后的碳点。

需要说明的是，本发明的碳点制备并不限于以上的水热合成法；任何能制备出小粒径(粒径小于3nm)、引入了具有还原和稳定作用的官能团(羟基、羧基、氨基和巯基等)的碳点的方法都适用于本发明。正是由于小粒径、以及引入了具有还原和稳定作用的官能团这一特性，本发明的碳点在本发明的Cdot-Au的制备中(步骤B)能够同时起到成核、还原和稳定的作用。

作为优选方案，所述氮硫共掺杂的碳点制备中的离心、透析具体为：以3000～5000r/min离心10min，取上清液透析48h，采用的透析袋的截留分子量为3000Da。此时，制备得到的多数碳点粒径为1～2.5nm，粒径分布相当均匀，且呈单分散状态。

作为优选方案，所述柠檬酸为无水或含结晶水的柠檬酸。

作为优选方案，步骤B中，氯金酸的水溶液中氯金酸的质量浓度为10～100μg/mL；所述氯金酸与碳点的质量比为1:(0.2～4)。

作为优选方案，所述氯金酸与碳点的质量比为1:(3～4)。