[发明专利]红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点及其制备与应用

说明书

本发明提供了一种红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点及其制备与应用。该方法包括以下步骤：S1、将L‑胱氨酸和邻苯二胺分散于乙醇中，得到前驱体溶液；S2、将前驱体溶液在反应釜中进行反应，反应结束后，将反应液冷却至室温得深红色碳点溶液；S3、将深红色碳点溶液进行过滤纯化；S4、将过滤液除去溶剂并干燥，得到红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点固体。本方法所需原料极少，中间产物和副产物少，反应速度快，经济且环保，并且所得的荧光碳量子点分散性好、粒度均匀、毒性极小，具有优异的可逆pH性能，较高的荧光量子产率和良好的稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料领域。具体涉及一种红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点及其制备与应用。

背景技术

碳元素是地球上所有已知生命的基础，在现代科技发展中拥有举足轻重的作用。大多数的碳量子点主要是由无定形的碳到晶化的碳核组成的以sp²杂化为主的碳，碳量子点的晶格间距和石墨碳或者无定形层状碳的结构一致。碳量子点(Carbon dots)是粒径小于10nm的一类荧光纳米材料，主要由碳元素组成，不含有重金属元素，是一种新型纳米材料，作为传统半导体量子点的替代品，在过去十年中出现并引起了人们的极大关注。其优异的性能包括低毒性，简单和低成本的合成工艺，生物相容性和优异的荧光性能。这些性质使碳点在检测探针，生物医学成像，传感，催化，防伪，药物输送，光伏器件，能量转换等方面具有广阔的应用前景。

近年来，许多科学家都在尝试开发各种碳量子点的合成方法并试图掌握对其光学性质的调控。其中，大多数研究都围绕蓝色、绿色和黄色的荧光碳量子点，而红色荧光碳点的合成方法却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点及其制备与应用。本方法所需原料极少，中间产物和副产物少，反应速度快，经济且环保，并且所得的荧光碳量子点分散性好、粒度均匀、毒性极小，具有优异的可逆pH性能，较高的荧光量子产率和良好的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明一方面提供一种红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、将L-胱氨酸和邻苯二胺分散于乙醇中，得到前驱体溶液；

S2、将前驱体溶液在反应釜中进行反应，反应结束后，将反应液冷却至室温得深红色碳点溶液；

S3、将深红色碳点溶液进行过滤纯化；

S4、将过滤液除去溶剂并干燥，得到红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点固体。

本发明利用溶剂热法一步合成得到具有高荧光量子产率的红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点。

其中硫源L-胱氨酸是一种含硫氨基酸，含有-S-S-二硫键。

氮源和碳源邻苯二胺含有苯环和氨基，可在环上发生取代反应。

优选地，S1中所述前驱体溶液中L-胱氨酸与邻苯二胺的质量比为1:0.1～1:10；例如为1:0.1、1:1、1:4或1:10等。L-胱氨酸和邻苯二胺的质量比在1:4时，荧光强度值最大且量子产率最高，在低于或高于1:4时都有明显降低。因此所述L-胱氨酸和邻苯二胺的质量比优选为1:4，以确保所得红/黄双波长氮、硫共掺杂荧光碳量子点拥有最佳的荧光效果。

优选地，S1中将L-胱氨酸和邻苯二胺分散于乙醇中，进行超声后得到前驱体溶液；由于L-胱氨酸不溶于乙醇溶液，超声后得到的前驱体溶液为白色悬浊液。优选地，所述超声时间为5min。增加超声的操作可以使前驱体充分完全分散于乙醇中，以得到均一的前驱体溶液。

优选地，S2中所述反应釜为聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。