[发明专利]一种发射白色荧光的碳点及其在检测有机试剂中的应用

说明书

本发明为一种发射白色荧光的碳点及其在检测有机试剂中的应用。该碳点以对苯二胺为碳源，氯化锰为锰源，通过一步溶剂热法和硅胶柱层析纯化得到四种发射不同荧光（红、黄、绿、蓝）的锰掺杂碳点，将红、黄、蓝三种碳点按照比例混合得到发射白色荧光的碳点。本发明利用该碳点九种有机试剂中呈现不同的荧光发射光谱的特点，来鉴别有机溶剂。

技术领域

本发明隶属材料领域，涉及一种掺杂金属离子的荧光碳点制备和应用，具体为一种检测有机试剂的白色荧光碳点的制备和应用方法。通过Mn²⁺的掺杂，碳点的荧光量子效率从2.27％提高到5.83％。此外，通过硅胶柱层析可以得到发射红、黄、绿、蓝四种不同颜色荧光的碳点，并且将发射红、黄和蓝色荧光的碳点混合后得到白色荧光碳点。该白色荧光碳点在不同的有机溶剂中呈现不同荧光，依此可用来鉴别有机溶剂。

技术背景

碳点是粒径小于10nm的新型荧光碳纳米材料，其主要组成元素为碳，氢，氧和氮。碳点无毒，对环境的危害小，造价也更便宜，有望成为重金属半导体量子点的理想替代材料。碳点具有良好的光学特性，生物相容性和低毒性等优点，因此被广泛用于生物检测、药物传输、生物标记和生物成像等领域，是极具发展潜力的碳基质材料，碳点优良的荧光性能已在化学领域中展现出重要的应用潜力。近些年，碳点的新型制备方法、性质研究及应用开发引起广泛关注。尽管碳点的制备方法和相关应用方面的研究已经有大量报道，但目前碳点仍具有荧光量子产率较低的缺点。因此寻找有效的合成和修饰方法来提高碳点的荧光量子产率的碳点显得尤为重要。此外，探索荧光碳点新的应用领域也是一项重要的挑战。

利用金属与有机化合物的螯合特性，在制备碳点的过程中掺杂金属离子调节碳材料的内部性质和发掘新现象，制备出碳点—金属复合材料。因此，我们在制备过程中合理掺杂金属离子Mn²⁺，使碳点的量子效率提高两倍之多。

目前，有一些关于稀土荧光材料作为荧光探针检测材料的报道，参见：1)Li,P.；Li,Z.；Li,H.,Adv.Opt.Mater.2016,4(1),156-161.2)Wang,T.；Li,H.,Chem-Eur.J.2016,22(35),12400-12405.3)Yao,M.；Chen,W.,Anal Chem.2012,83(6),1879-1882.虽然这些探针的灵敏度较高，但合成方法复杂、繁琐，稀土材料昂贵，对环境安全存在隐患，检测范围仅限于水。因此，有必要开发碳基纳米材料作为荧光探针。本发明旨在发展一种步骤简单、成本低廉的碳纳米荧光探针的合成方法并开发其应用。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种发射白色荧光的混合碳点及其对多种有机试剂的检测方法。以对苯二胺为碳源，氯化锰为锰源，通过一步溶剂热法和硅胶柱层析纯化得到四种发射不同荧光(红、黄、绿、蓝)的锰掺杂碳点，将红、黄、蓝三种碳点按照比例混合得到发射白色荧光的碳点；本发明利用该碳点九种有机试剂中呈现不同的荧光发射光谱的特点，来鉴别有机溶剂。

本发明的技术方案是：

一种发射白色荧光的碳点，该碳点由以下方法制得，包括下面步骤：

(1)溶剂热反应：将对苯二胺和MnCl₂·4H₂O加入乙醇中，超声搅拌至溶解；将溶液转移至内衬聚四氟乙烯的反应釜，在160℃～200℃下反应4～6h，之后冷却至室温；

其中，摩尔比为对苯二胺和MnCl₂＝1:2；每10mL乙醇加0.1～0.4mmol对苯二胺；

(2)离心：将(1)得到的反应釜中的反应物转移至离心管，离心后将上清液取出；

此上清液在365nm的紫外光下呈现深红色荧光；

(3)硅胶柱层析分离：将(2)中得到的上清液倒入硅胶柱中，然后再倒入展开剂进行层析分离，得到了在紫外灯下分别显示红、黄、绿、蓝荧光的碳点溶液；