一種螢光碳點及其製備方法和應用與流程
2023-04-29 17:01:23 2
本發明涉及碳納米材料
技術領域：
，具體涉及一種具有較高螢光量子產率的螢光碳點。
背景技術：
：碳點(carbondots,CDs)是近幾年來出現的一種直徑小於10nm的新型碳納米粒子。螢光性能是碳點最為突出的性能。碳點具有激發波長與發射波長可調諧，螢光性能穩定，耐光漂白且無光閃爍現象等優異的螢光性能。此外，螢光碳點具有生物相容性好，毒性低，激發光譜較寬且連續，是一種非常好的螢光標記與成像材料，並已成功的應用在細胞與活體成像中。雖然有關螢光碳點的製備方法和應用研究已有很多的文獻報導，但現有製備方法還存在製備過程複雜，量子產率低等問題，因此，尋找簡單，方便，快速的製備發光性能優異的碳點的方法是非常必要的。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種製備方法簡單，量子產率高的螢光碳點。本發明目的是通過以下技術方案實現的：一種螢光碳點，包括如下步驟：室溫下，將蘋果酸和鈍化劑放入內襯聚四氟乙烯的反應釜中，於170-220℃下，加熱2-6小時，自然冷卻至室溫，加入超純水，離心，對上清液進行透析，得螢光碳點。優選的，上述的螢光碳點，所述的鈍化劑為胺基酸。更優選的，所述的胺基酸為色氨酸、穀氨酸或甘氨酸。優選的，上述的螢光碳點，按重量比，蘋果酸:鈍化劑＝1:0.1-1。上述的螢光碳點在光催化降解有機汙染物和生物成像中的應用。上述的螢光碳點在光催化降解有機汙染物中的應用，方法如下：於含有有機汙染物的溶液中，加入上述的螢光碳點，於黑暗環境下攪拌吸附，使其達到吸附、脫附平衡，隨後加入H2O2，於250W高汞燈下照射。上述的螢光碳點在生物成像中的應用，方法如下：將上述的螢光碳點與細胞共培養，用螢光顯微鏡觀察細胞成像效果。本發明的有益效果是：本發明，採用一步高溫固相反應法即可得到碳點溶液，在365nm紫外光照射下，所合成的碳點呈現出優異的螢光性能。製備的碳點溶液在365nm紫外光照射下發出明亮的藍色螢光。本發明合成方法簡單有效，原料易得，反應條件溫和可控，在一般的實驗室均能完成。採用本發明方法製備的碳點螢光量子產率可達15％以上。附圖說明圖1是實施例1製備的螢光碳點的透射電鏡圖。圖2是實施例1製備的螢光碳點的X射線衍射圖。圖3是實施例1製備的螢光碳點的紅外光譜。圖4是實施例1製備的螢光碳點溶液的紫外-可見吸收光譜。圖5是實施例1製備的螢光碳點溶液的螢光激發和發射光譜。圖6是不同波長光激發下的實施例1製備的螢光碳點溶液螢光發射光譜(激發波長由348nm至418nm，步長為10nm)。圖7是實施例1製備的螢光碳點溶液的光催化降解圖。圖8是螢光顯微鏡觀察細胞對碳點的攝取情況。具體實施方法下面結合具體實施例，對本發明作進一步詳述。實施例1(一)製備方法室溫下，將0.50克的DL-蘋果酸和0.50克的甘氨酸放在內襯聚四氟乙烯的反應釜中，180℃恆溫加熱6小時後，自然冷卻至室溫，然後加入10ml超純水，在10000rmp下離心10min後，對上清液進行透析，即得到深棕色的碳點溶液，記為螢光碳點-1。在365nm紫外燈照射下，該碳點溶液發射明亮的藍色螢光。本實施例製備的螢光碳點溶液用硫酸奎寧做標準物，測得螢光量子產率為20.5％。(二)結果1.圖1為本實施例製備的碳點的透射電鏡照片。由照片可以發現，製備的碳點的形貌均一，粒徑約為5nm，分散性良好，在生物分析、催化領域具有良好的應用前景。2.圖2為本實施例製備的碳點的X射線衍射圖。在圖中可以觀察到，在2θ＝27°左右有一個典型的寬的尖峰，這與石墨的結構有關，進一步證實了他們結晶性質。3.圖3為本實施例製備的碳點的紅外光譜圖。由圖可見，～3366cm-1為-OH的伸縮振動吸收，～1659cm-1為C＝O的特徵吸收峰，～1400cm-1是C-H的彎曲振動。4.圖4為本實施例製備的碳點溶液用超純水稀釋後的紫外-可見吸收光譜。該圖顯示，碳點溶液在368nm左右處有一個明顯的特徵吸收峰。5.圖5為本實施例製備的碳點溶液的螢光激發和發射光譜圖。由圖可見，碳點溶液的最佳激發波長為368nm，最佳的發射波長為452nm。在該實施例中，進行螢光光譜分析時，激發波長均採用368nm。由圖5中可以發現所製備的碳點的Stokesshift為84nm，較大的Stokesshift更有利於利用其螢光性能進行分析與檢測。6.圖6為本實施例的製備的碳點溶液用超純水稀釋後再用不同波長光激發下的螢光發射光譜。由圖可見，碳點溶液具有螢光激發波長依賴性。隨著激發波長的增大，碳點的螢光發射峰強度先增大後下降，峰位出現紅移。(三)對比試驗室溫下，將0.50克的DL-蘋果酸放在內襯聚四氟乙烯的反應釜中，180℃恆溫加熱6小時後，自然冷卻至室溫，然後加入10ml超純水，在10000rmp下離心10min後，對上清液進行透析，得到螢光碳點，記為螢光碳點-2。將所製備的螢光碳點溶液用硫酸奎寧做標準物，測得其螢光量子產率見表1。表1螢光碳點-1螢光碳點-2量子產率20.5％<2.3％由表1可見，加入甘氨酸導致碳點的表面結構和官能團發生了變化，使碳點的光致發光性能顯著增強。所以在本實驗中加入甘氨酸作為鈍化劑。實施例2室溫下，將0.50克的DL-蘋果酸和0.1克的L-色氨酸放入內襯聚四氟乙烯的反應釜中，170℃恆溫處理2小時後，自然冷卻至室溫，然後加入10ml超純水，在10000rmp下離心10min後，對上清液進行透析，即得到純化的碳點溶液。本實施例製備的螢光碳點溶液用硫酸奎寧做標準物，測得螢光量子產率為17.4％。實施例3室溫下，將0.5克的DL-蘋果酸和0.20克的L-穀氨酸放入內襯聚四氟乙烯的反應釜中，210℃恆溫加熱5小時後，自然冷卻至室溫，然後加入10ml超純水，在10000rmp下離心10min後，對上清液進行透析，即得到純化的碳點溶液。本實施例製備的螢光碳點溶液用硫酸奎寧做標準物，測得螢光量子產率為15.2％。實施例4螢光碳點在光催化降解有機汙染物中的應用方法：量取50ml亞甲基藍溶液(濃度為10mg/L)於燒杯中，加入實施例1製備的螢光碳點-1溶液2ml，於黑暗環境下攪拌吸附1h，使其達到吸附、脫附平衡，隨後加入0.1mlH2O2(30％)，接著用250W高汞燈照射，每隔20分鐘取樣，通過分光光度計在波長664nm處測定亞甲基藍溶液的吸光度，通過以下方程式計算亞甲基藍的脫色率，結果如圖1。其中，A0:亞甲基藍溶液初始吸光度A:反應後亞甲基藍溶液吸光度由圖7可見，碳點具有一定的光催化性能，可用於光催化降解汙水中染料等有機物。實施例5螢光碳點在生物成像中的應用方法：將濃度為200μg/L的實施例1製備的螢光碳點-1溶液與胃癌細胞BGC-823在37℃下共培養，分別在6h和24h時，用螢光顯微鏡觀察細胞對碳點的攝取情況，結果如圖8所示。由圖8可見，隨著時間增加，細胞對CDs攝取效果越好，顯示出良好的細胞成像效果。當前第1頁1 2 3