一種碳量子點熒光標記材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種碳量子點熒光標記材料及其制備方法。其技術方案為，按煤基熱解碳∶濃HNO

Carbon quantum dot fluorescent marking material and preparation method thereof

The invention discloses a carbon quantum dot fluorescence marking material and a preparation method thereof. The technical scheme is that coal based pyrolytic carbon is concentrated HNO

【技術實現步驟摘要】
一種碳量子點熒光標記材料及其制備方法
本專利技術屬于熒光標記材料。尤其涉及一種碳量子點熒光標記材料及其制備方法。
技術介紹
碳量子點是碳納米家族中的新成員，是一種新型熒光納米材料，尺寸在10nm以下，具有化學惰性、光穩定性好、水溶性好等優異性能，因此碳量子點于2004年由美國克萊蒙森大學的科學家Scrivens制備得到，便引起了研究者極大的興趣。由于碳量子點表面含有大量的羧基，其水溶性良好，易于表面修飾改性，可以與有機類、無機類、聚合類以及生物類材料結合進行拓展，實現相關的功能化。同時碳量子點的低毒性使其具有很好的生物相容性，對生物分子的活性干擾小，其優異的熒光性能和生物相容性使其未來可得到廣泛應用。目前，碳量子點制備方法主要為自上而下和自下而上。自上而下的制備方法主要是從含碳前體(石墨、碳納米管等)通過電弧放電、電化學氧化法、激光灼燒和電子束輻射等剝離生成碳量子點。這類方法的實驗條件苛刻、成本高和推廣性較差，并且得到的碳量子點熒光產率低。而自下到上的合成法通過微波法、酸氧化法熱解或碳化合適的前驅體(檸檬酸、葡萄糖、丙三醇等)直接合成熒光碳量子點。ZhuH等人（ZhuH，WangXL，LiYL，etal．Microwavesynthesisoffluorescentcarbonnanoparticleswithelectrochemiluminescenceproperties［J］．Chem.Commun.，2009，14(34):5118-5120）將PEG200和糖類物質的水溶液進行微波加熱處理，制備碳量子點，并通過改變微波處理的時間，得到了具有不同熒光性能的碳量子點，其熒光量子產率僅為3.1%～6.3%，碳量子點粒徑范圍為2.8～4.2nm。“一種用于檢測水中鈹的熒光碳量子點探針的制備方法”（CN104003370A）的專利技術，具體步驟是將尿素和檸檬酸混合，在200～240℃條件下反應5～7h，得到棕色水溶液，再將棕色水溶液經過離心透析、旋轉蒸發、真空干燥后得到產品，其碳量子點的制備方法條件苛刻和操作復雜，推廣性較差。這些量子點合成過程的處理程序復雜、試劑昂貴、反應溫度高較、分離較難和產率較低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種反應溫度低、工藝簡單、產率高、成本低、利于工業化生產的碳量子點熒光標記材料的制備方法，所制備的碳量子點熒光標記材料質量高。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案的步驟是：（1）按煤基熱解碳∶濃HNO3的質量比為1∶(10～25)，先將煤基熱解碳置于反應釜中，再將濃HNO3加入所述反應釜中，在85~110℃條件下攪拌回流3~5小時，冷卻至室溫，取出，得到黑色液體。（2）將所述黑色液體用孔徑為0.22μm的濾膜過濾，即得濾液；在所述濾液中加入NaOH溶液調節pH值至5~9，得到棕黑色液體。（3）按所述棕黑色液體∶無水乙醇的體積比為1∶（3~5），向所述棕黑色液體中加入無水乙醇，超聲震蕩4~5h；用離心機離心分離30min，得到上清液和下沉物，除去上清液，下沉物為碳量子點溶液。（4）將所述碳量子點溶液在-50~-60℃條件下冷凍干燥24~48h，得到碳量子點熒光標記材料。所述煤基熱解碳是低階煤在450~650℃條件下干餾時，煤氣熱解的氣相沉積物。所述濃HNO3的濃度為68wt%。所述離心機的轉速為10000~12000r/min。由于采用上述技術方案，本專利技術與現有技術相比具有如下的優點和有益效果：1、本專利技術采用的原料廉價易得，使用的氧化劑為普通的酸，所制備的碳量子點熒光標記材料成本較低。本專利技術在制備過程中，于90~110℃條件下攪拌回流，溫度較低，利于工業化生產。2、本專利技術所制備的碳量子點熒光標記材料分散均勻，呈類圓形，粒徑為2~6nm，平均粒徑為3.6nm，表明煤基熱解碳的基本結構單元進一步發生了分子間的縮合作用，形成碳核；3、本專利技術所制備的碳量子點熒光標記材料經稀釋后有熒光發射光譜。計算表明，本專利技術所制備的碳量子點量子產率較高，優化條件下的最高熒光量子產率達42％。4、本專利技術所制備的碳量子點熒光標記材料的紫外可見吸收光譜，在230nm處有明顯的吸收峰。表明碳量子點在此波長下吸收能量發生了躍遷，而當電子從激發態回到基態時會發射熒光。5、本專利技術所制備的碳量子點熒光標記材料在3460cm-1附近有寬化的吸收峰，是O-H鍵的伸縮振動特征峰，在指紋區1100cm-1處和1390cm-1同出現較強的吸收峰，分別屬于C-O-C的對稱收縮和不對稱伸縮振蕩，證明了羥基的存在；在1643cm-1處很強的吸收峰，是C=O的伸縮振動，證明了羧基的存在；在600cm-1和678cm-1處的吸收峰對應芳環面彎曲振動。證明碳量子點表面帶有芳基、羥基和羧基等官能團，表明本專利技術所制備的量子點的水溶性好。6、本專利技術所制備的碳量子點熒光標記材料的XRD光譜圖，在2θ=22.3o有一個寬的衍射峰，碳量子點XRD的衍射峰有明顯展寬現象，這說明熱解碳在酸氧化過程中，由于強酸的氧化作用，分子在不斷插層、剝離過程中，晶格結構變小，各向同性程度變好。7、本專利技術所制備的碳量子點熒光標記材料配制的碳量子點溶液，測定加入不同濃度Hg2+溶液碳量子點溶液的熒光強度。結果顯示，碳子點的熒光強度隨Hg2+溶液濃度的增加而減小，在0~50μmol/L展示出良好的線性相應范圍，表明本專利技術所制備的熒光碳量子點溶液可用于制作探針檢測Hg2+溶液濃度。因此，本專利技術具有反應溫度低、工藝簡單、產率高、成本低和利于工業化生產的特點，所制備的碳量子點熒光標記材料質量高。附圖說明圖1為本專利技術制備的一種碳量子點熒光標記材料的TEM照片；圖2是圖1所示碳量子點熒光標記材料粒徑分布圖；圖3為圖1所示碳量子點的熒光標記材料的熒光光譜圖；圖4為圖1所示碳量子點的熒光標記材料的紫外可見吸收光譜圖；圖5為圖1所示碳量子點的熒光標記材料的紅外光譜圖；圖6為圖1所示碳量子點熒光標記材料的XRD譜圖；圖7為圖1所示碳量子點熒光標記材料測定不同濃度Hg2+的熒光猝滅標準曲線。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。本具體實施方式中：所述煤基熱解碳是低階煤在450~650℃條件下干餾時，煤氣熱解的氣相沉積物；所述濃HNO3的濃度為68wt%；所述離心機的轉速為10000~12000r/min。實施例中不再贅述。實施例1一種碳量子點熒光標記材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的步驟是：（1）按煤基熱解碳∶濃HNO3的質量比為1∶(10～16)，先將煤基熱解碳置于反應釜中，再將濃HNO3加入所述反應釜中，在90~100℃條件下攪拌回流4~5小時，冷卻至室溫，取出，得到黑色液體。（2）將所述黑色液體用孔徑為0.22μm的濾膜過濾，即得濾液；在所述濾液中加入NaOH溶液調節pH值至5~6，得到棕黑色液體。（3）按所述棕黑色液體∶無水乙醇的體積比為1∶（3~4），向所述棕黑色液體中加入無水乙醇，超聲震蕩4~5h；用離心機離心分離30min，得到上清液和下沉物，除去上清液，下沉物為碳量子點溶液。（4）將所述碳量子點溶液在-50~-60℃條件下冷凍干燥24~36h，得到碳量子點熒光標記材料。實施例2一種碳量子點熒光標記材料及其制備本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳量子點熒光標記材料的制備方法，其特征在于所述制備方法的步驟是：(1)按煤基熱解碳∶濃HNO

【技術特征摘要】
1.一種碳量子點熒光標記材料的制備方法，其特征在于所述制備方法的步驟是：(1)按煤基熱解碳∶濃HNO3的質量比為1∶(10～25)，先將煤基熱解碳置于反應釜中，再將濃HNO3加入所述反應釜中，在85～110℃條件下攪拌回流3～5小時，冷卻至室溫，取出，得到黑色液體；(2)將所述黑色液體用孔徑為0.22μm的濾膜過濾，即得濾液；在所述濾液中加入NaOH溶液調節pH值至5～9，得到棕黑色液體；(3)按所述棕黑色液體∶無水乙醇的體積比為1∶(3～5)，向所述棕黑色液體中加入無水乙醇，超聲震蕩4～5h；用離心機離心分離30min，得到上清液和下沉物，除去上清液，下沉物為碳量子點溶液；(4)將所述碳量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周盡暉，鄭茹茜，丁玲，沈韋舟，許斌，彭澤澤，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42