[发明专利]pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料及其制备方法与应用。本发明是以叶酸和柠檬酸为原料，合成了表面含有大量羧基和氨基的荧光碳量子点。一方面，本发明制备成本低，无毒环保，工艺简单，所制备的碳量子点表面含有多种发色基团，在紫外光激发下具有双峰发射性质，峰值范围为375～425nm和425～525nm。另一方面，制备的碳量子点水溶液具有pH响应性，提高水溶液的pH值即可大幅度提高碳量子点的荧光发光效率，方法简单易行。

技术领域

本发明涉及材料工程领域，具体地说，涉及一种pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

碳量子点(carbon dots,C-dots)自2004年被发现以来，已经在生物成像与传感、光催化、离子探针及光电器件等领域有较广泛的应用。碳量子点与传统的有机染料和半导体量子点相比，不仅具有较好的水溶性、稳定性、低毒性、抗光漂白等特性，而且具有合成成本低、工艺简单、无毒环保等优点。

荧光发光效率是目前衡量发光材料的一个重要指标。碳量子点要想在发光领域占得一席之地，必须提高碳量子的荧光量子产率。目前，Zhu等(Angewandte ChemieInternational Edition 2013,52(14),3953-3957)已经制备出发光效率高达80％的荧光碳量子点，可与半导体量子点相媲美。目前主要通过表面钝化、加强酸、强碱或者掺氧、氮、磷等杂原子等方法来提高碳量子点的发光效率。但是这些方法存在工艺复杂、成本高、使用强酸强碱危险系数高、污染环境等缺点。调节碳量子点水溶液的pH值，可以在一定程度上改变其表面基团从而提高碳量子点的荧光发光效率。但是目前制备的碳量子点的荧光强度均在一定的pH范围内保持不变，在强酸性和强碱性条件下，发生荧光猝灭现象。因此，如果能够通过调节碳量子点水溶液pH值的这种简单易行的方法来提高其发光效率将具有重要的研究意义。另外，碳量子点的制备取得了巨大进步，但大部分合成的碳量子点为单峰发射，而制备双峰发射碳量子点的方法却鲜有报道。双峰发射，发射范围宽，有利于白光LED的制备。因此制备双峰发射的碳量子点仍具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料及其制备方法。

本发明的另一目的是提供所述pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料的应用。

为了实现本发明目的，本发明提供pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料的制备方法，其是以叶酸和柠檬酸为原料，加水溶解得到混合液，于150～300℃下加热(包括微波加热)1～5小时，所得溶液离心，取上清，透析，将所得荧光碳量子点水溶液进行冷冻干燥，即得。

其中，叶酸和柠檬酸的质量比为1:0.1-10。叶酸和水的质量比为1:50-1000。

本发明中所用的水为去离子水。

前述的方法，可将混合液置于聚四氟乙烯高压密封反应釜中加热。

前述的方法，离心的条件为：3000～10000rpm离心5～30min。

前述的方法，透析使用的透析液为：去离子水，透析处理12～72h。透析使用截留分子量为500-3500Da的透析袋。

前述的方法，冷冻干燥的条件为：于-44℃冷冻干燥12～96h。

本发明还提供根据上述方法制备的pH响应型双峰发射碳量子点纳米材料。其中，所述碳量子点的表面修饰有羧基和氨基基团，可被紫外光激发，发射光谱为双峰发射，峰值范围为375～425nm和425～525nm。

所制备的pH响应型双峰发射碳量子点，通过调节碳量子点水溶液的pH值即可快速、便捷地提高碳量子点的发光效率，在pH值10-12时荧光发光效率大幅度增加。