本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種制備熒光碳納米顆粒的方法。本發(fā)明專利技術(shù)方法的主要過程是：以三嵌段共聚物P123為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，正硅酸乙酯為硅源，油溶性有機(jī)小分子、鄰苯二胺（DAB）、芘（PY）、菲啰啉（PHA）為膨脹劑并作為目標(biāo)熒光碳顆粒的碳源，在酸性水溶液體系合成膨脹劑/P123/二氧化硅復(fù)合材料。隨后將該材料在惰性氣體保護(hù)下置于管式爐中進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為900℃，焙燒時(shí)間為2小時(shí)。冷卻至室溫后，刻蝕除去粉體中的二氧化硅組分，并對(duì)其進(jìn)行硝化以及鈍化處理，最終得到具有水溶性單分散性熒光碳顆粒。本發(fā)明專利技術(shù)的產(chǎn)物同時(shí)采用了表面活性劑P123為軟模板和介孔二氧化硅為硬模板，所得到的熒光碳顆粒具有良好的分散性和穩(wěn)定性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及采用軟-硬模板路線自下而上制備熒光碳納米顆粒的方法，屬納米功能碳材料制備工藝
技術(shù)介紹
突光碳基納米材料，包括碳納米管(carbon nanotubes)、碳點(diǎn)(carbon dots)和納米金剛石(nanodiamonds)等,作為一種新型的突光材料迅速發(fā)展起來。與半導(dǎo)體量子點(diǎn)相比，其具有較高的熒光量子產(chǎn)率、穩(wěn)定的化學(xué)組成、良好的生物相容性和低的細(xì)胞毒性等優(yōu)點(diǎn)使熒光碳基納米材料一出現(xiàn)，立即引起了化學(xué)家、材料學(xué)家和生物學(xué)家的極大熱情和 關(guān)注，在生物成像、疾病檢測(cè)和藥物等生命科學(xué)領(lǐng)域初步展現(xiàn)出了優(yōu)良的品質(zhì)。關(guān)于目前的發(fā)展現(xiàn)狀，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前報(bào)道的熒光碳基納米材料的合成方法自上而下的較多，且制備的納米碳顆粒容易發(fā)生團(tuán)聚，例如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810197695.1公開了一種利用電化學(xué)氧化碳電極制備熒光碳點(diǎn)的方法；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01010126320. 3公開了一種熱解乙二胺四乙酸鈉鹽合成熒光碳點(diǎn)的方法；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01010601015. 5公開了一種通過脈沖或連續(xù)激光光束轟擊含碳的靶材制備熒光碳點(diǎn)的方法；中國(guó)專利號(hào)201110356592. 7公開了一種利用電化學(xué)刻蝕碳纖維電極制備熒光碳點(diǎn)的方法。近些年來，自下而上的合成方法由于具有操作簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜儀器設(shè)備且可有效控制碳點(diǎn)尺寸、發(fā)光特性等優(yōu)勢(shì)引起了人們的關(guān)注。不過，大部分合成路線如水熱法、微波法、氧化法，在制備過程中由于溫度較高，很容易發(fā)生碳顆粒的團(tuán)聚。更重要的是，目前報(bào)道中對(duì)熒光碳顆粒的制備方法的探討僅僅是局限在一個(gè)點(diǎn)上，即只考察某一碳源在一個(gè)特定合成條件下得到的熒光碳顆粒，對(duì)其組分、尺寸大小和石墨化程度等影響熒光性質(zhì)的參數(shù)均沒有進(jìn)行探索。這里，我們通過軟-硬模板法，以表面活性劑形成的膠束為軟模板，其中心疏水區(qū)作為疏水性有機(jī)小分子的限制空間，而膠束外圍的二氧化硅作為高溫焙燒過程中提供了很好的限制空間，有效的控制碳點(diǎn)團(tuán)聚，合成尺寸可控、組分和石墨化程度可調(diào)、分散性良好的熒光碳顆粒，這一方法還未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供，根據(jù)其碳源的不同，所得到的熒光碳點(diǎn)的尺寸、組成和石墨化程度均有所不同，相應(yīng)的熒光量子產(chǎn)率也隨之不同。本專利技術(shù)公開了，其特征在于具有以下工藝過程和步驟 a.稱取2.0 g 的 P123 (EO2q-PO7q-EO2q，分子量 5800)溶于 75 ml 1.6 M 鹽酸溶液中，在40°C下攪拌至澄清后再將4. 3 g正硅酸乙酯加入到此溶液中； b.將上述溶液在40°C下繼續(xù)攪拌65min后，混合溶液呈白色霧狀。在1000 rpm，5min下迅速離心混合溶液,將得到的白色固體沉淀重新加入到含1. 0 g P123的75 ml 1.6M鹽酸溶液中；C.在混合溶液中加入2. O g均三甲苯在40°C下強(qiáng)烈攪拌24小時(shí)，然后轉(zhuǎn)移到373 K下水熱24小時(shí)； d.上述水熱產(chǎn)物經(jīng)過濾洗滌后，在空氣中干燥； e.將干燥后產(chǎn)物置于石英舟中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下放在管式爐內(nèi)，以1°C/min速率升溫至900°C，在900°C保持2小時(shí)，隨后冷卻降溫至室溫，收集得到的粉末； f.將上一步得到的粉末置于離心管中，用HF(10 wt%)溶液在40°C下刻蝕48小時(shí)，隨后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析24小時(shí)； g.將透析后的懸濁液置于圓底燒瓶，加入懸濁液1/4體積的濃硝酸，加熱至120°C，回流24小時(shí)，冷卻后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析24小時(shí)； h.將透析后的溶液置于圓底燒瓶中，加入10-20mg鈍化劑PEG15qqn (H2NCH2 (CH2CH2O)nCH2CH2CH2NH2)，加熱至120°C，回流72小時(shí)，冷卻后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留·分子量范圍3500，透析12小時(shí)，即可得到水溶性、單分散的熒光碳納米顆粒，其顆粒的平均直徑大小為2-3. 5 nm。所述的2.0 g均三甲苯可用相同質(zhì)量的不同組成和結(jié)構(gòu)的其它有機(jī)分子如鄰苯二胺、芘和菲啰啉代替。本專利技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)如下所述 本專利技術(shù)所描述的一種軟-硬模板制備的單分散性熒光碳顆粒，具有原料適用性廣、尺寸可控性強(qiáng)、熒光量子產(chǎn)率高、分散性好且無毒性的特點(diǎn)，這為其在生物醫(yī)學(xué)和發(fā)光電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一大優(yōu)勢(shì)。本專利技術(shù)所用的作為碳源的膨脹劑均三甲苯可用鄰苯二胺、芘、菲啰啉等有機(jī)小分子代替。選用不同組成和結(jié)構(gòu)的碳源，通過調(diào)節(jié)膨脹劑與表面活性劑膠束之間的相互作用，并結(jié)合分子自身結(jié)構(gòu)對(duì)其親、疏水性的影響，可以得到尺寸、組分和石墨化程度均有所不同的熒光碳顆粒。所需實(shí)驗(yàn)條件溫和，結(jié)果重復(fù)性好，制備過程無環(huán)境污染物釋放，屬于環(huán)境友好的制備工藝。附圖說明圖1.分別以膨脹劑均三甲苯、鄰苯二胺、芘和菲啰啉為碳源所得到的熒光碳顆粒CDtmb、CDdab, CDpy、CDpha 的原子力顯微鏡照片(A、B、C 和 D)。圖2.分別以膨脹劑均三甲苯、鄰苯二胺、芘和菲啰啉為碳源所得到的熒光碳顆粒⑶ B、CDdab,⑶PY、⑶ 的透射電子顯微鏡照片(A、B、C和D)。圖3.分別以膨脹劑均三甲苯、鄰苯二胺、芘和菲啰啉為碳源所得到的熒光碳顆粒⑶ B、CDdab,⑶PY、⑶ 的紫外-可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜(A、B、C和D)。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例作詳細(xì)說明。本實(shí)施例在以本專利技術(shù)技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。實(shí)施例1 (1)稱取2.0g P123，溶于75 ml 1.6 M鹽酸溶液中，40°C下攪拌2小時(shí)至溶液澄清后加入4. 3 g正硅酸乙酯； (2)繼續(xù)反應(yīng)65min后，迅速將混合液置于離心機(jī)離心分離，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)，5分鐘，收集沉淀； (3)將沉淀加入含有Ig P123的75 ml 1.6 M鹽酸溶液中，隨后加入2 g均三甲苯(可用2 g鄰苯二胺或2 g芘或2 g菲啰啉代替)，在40°C下繼續(xù)攪拌24小時(shí)，然后轉(zhuǎn)移到373K下水熱24小時(shí)； (4)將水熱后的產(chǎn)物通過真空泵進(jìn)行抽濾，并用去離子水進(jìn)行清洗，得到的沉淀在空氣中干燥； (5)將干燥后的產(chǎn)物置于石英舟中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下放在管式爐中，在10小時(shí)內(nèi)升溫至900°C，在最高溫度保持2小時(shí)，隨后冷卻降溫至室溫，收集得到的粉末； (6)將上一步得到粉末置于離心管中，加入HF(10 wt%)溶液至離心管口 3-4 cm處，攪拌反應(yīng)48小時(shí)，隨后將反應(yīng)產(chǎn)物置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析24小時(shí)； (7)取20ml透析后的混合液置于圓底燒瓶，加入5 ml濃硝酸，加熱至120°C，回流24小時(shí)，冷卻至室溫后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析24小時(shí)； (8)取20ml上述混合溶液置于圓底燒瓶，加入0.2 g鈍化劑PEG15qqn，加熱至120°C，回流72小時(shí)，冷卻至室溫后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析12小時(shí)即可得到多孔性熒光碳顆粒。對(duì)實(shí)施例所得樣品的儀器檢測(cè) (1)原子力顯微鏡(AFM)的檢測(cè) 用AFM表征上述實(shí)施例得到的熒光碳顆粒的形貌，結(jié)構(gòu)表明以膨脹劑均三甲苯為碳源制備的熒光碳顆粒CDtmb高度在2-3. 5 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種制備熒光碳納米顆粒的方法，其特征在于具有以下工藝過程和步驟：a．稱取2.0?g的P123溶于75?ml?1.6?M鹽酸溶液中，在40℃下攪拌至澄清后再將4.3?g?正硅酸乙酯加入到此溶液中；b．將上述溶液在40℃下繼續(xù)攪拌65?min后，混合溶液呈白色霧狀；在1000?rpm，5?min下迅速離心混合溶液，將得到的白色固體沉淀重新加入到含1.0?g?P123的75?ml?1.6?M鹽酸溶液中；c．在混合溶液中加入2.0?g?均三甲苯，在40℃下強(qiáng)烈攪拌24小時(shí)，然后轉(zhuǎn)移到373?K下水熱24小時(shí)；d．上述水熱產(chǎn)物經(jīng)過濾洗滌后，在空氣中干燥；e．將干燥后產(chǎn)物置于石英舟中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下放在管式爐內(nèi)，以1℃/min速率升溫至900℃，在900℃保持2小時(shí)，隨后冷卻降溫至室溫，收集得到的粉末；f．將上一步得到的粉末置于離心管中，用HF?(10?wt%)溶液在40℃下刻蝕48小時(shí)，隨后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析24小時(shí)；?g．將透析后的懸濁液置于圓底燒瓶，加入懸濁液1/4體積的濃硝酸，加熱至120℃，回流24小時(shí)，冷卻后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析24小時(shí)；?h．將透析后的溶液置于圓底燒瓶中，加入10?20?mg鈍化劑PEG1500N（H2NCH2(CH2CH2O)nCH2CH2CH2NH2），加熱至120℃，回流72小時(shí)，冷卻后將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析12小時(shí)，即可得到水溶性、單分散性的熒光碳納米顆粒，其顆粒平均直徑為2?3.5?nm。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉瑞麗，楊玉星，吳東清，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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