[发明专利]氮掺杂的高量子产率荧光碳点及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及氮掺杂的高量子产率荧光碳点及其制备方法和应用。采用的技术方案是：将苹果酸和磷酸铵按一定比例放入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在180～230℃下，加热4～9小时，自然冷却至室温得到深棕色含有碳点的溶液，然后通过高速离心、过滤和透析得到纯化的碳点溶液，最后进行冷冻干燥得到荧光碳点固体粉末。本发明采用熔融法以苹果酸为碳源，磷酸铵为氮源，一步合成荧光碳点。该方法制备碳点原料易得、方法简单、产率高、合成条件温和可控、制备出的碳点水溶性好、稳定性好、荧光量子产率高且在紫外光照射下呈现亮蓝色的荧光。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域。具体涉及一种氮掺杂的高量子产率的，在紫外灯照射下发亮蓝色光的荧光碳点及其制备方法和应用。

背景技术

碳点(Carbon Dots)是一种直径小于10nm的新型荧光纳米粒子。荧光碳点具有激发波长与发射波长可调谐，荧光性能稳定，耐光漂白性等良好的发光性能。同时，碳点的粒径和分子量均很小，生物相容性好。碳点可以通过细胞内吞进入细胞内部而不影响细胞核，还可以与DNA生物大分子相互作用，从而来进行DNA的识别与检测，所以碳点可以应用于细胞成像和生物标记等方面。此外，荧光碳点本身还具有一些特殊的性质，使其在光催化降解等方面也具有很好的应用前景。通常只含有羟基和羧基的碳点荧光量子产率较低，而氮掺杂是一种有效的提高碳点发光效率的方法之一。因此，有必要寻找一种快速的、简单的、以廉价原料为碳源，合成一种高量子产率的荧光碳点的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简单、有效、荧光量子产率高、氮掺杂，在紫外灯照射下发亮蓝色光的荧光碳点的制备方法。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：氮掺杂的高量子产率荧光碳点，制备方法包括如下步骤：将适量碳源和氮源放入内衬聚四氟乙烯反应釜中，在180～230℃下，加热4～9h，自然冷却至室温，加入超纯水稀释后，高速离心，然后用0.22μm的滤头过滤、透析、冷冻干燥，得到氮掺杂的高量子产率荧光碳点粉末。

上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点，所述的碳源为苹果酸。

上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点，所述的氮源为磷酸铵。

上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点，按质量比，碳源:氮源＝1:(0.1～1)。

上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点，所述的高速离心是转速为10000rpm/min。

上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点在降解有机染料中的应用。方法如下：于含有有机染料的溶液中，加入上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点溶液和H₂O₂，于高压汞灯下照射。

上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点在生物成像中的应用。方法如下：将上述的氮掺杂的高量子产率荧光碳点和细胞共培养，用荧光显微镜观察细胞的成像效果。

本发明的有益效果是：本发明通过一步熔融法即可得到碳点，所合成的碳点在365nm紫外灯照射下，呈现亮蓝色。本发明合成方法简单有效，原料廉价易得，反应条件温和可控，且环境友好，在一般的实验室均能完成，易于推广。采用本发明方法制备的碳点荧光量子产率可达20％以上。

附图说明

图1是实施例1制备的碳点的透射电镜(TEM)照片。

图2是实施例1制备的碳点的X射线衍射(XRD)图。

图3是实施例1制备的碳点的红外光谱图。

图4a是实施例1制备的碳点的X射线光电子能谱(XPS)图。

图4b是C的1s图。

图4c是N的1s图。

图4d是O的1s图。