一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法

摘要

本发明提供了一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，属于荧光纳米材料的制备领域。将浓度为0.1～0.3g/ml的聚乙烯亚胺溶液加入反应釜中，继续向反应釜中加入水，混匀，聚乙烯亚胺溶液与水的体积比为1：3～5；调节pH至3～5，在170～190℃温度条件下反应4～7h，即得碳量子点。本发明通过以聚乙烯亚胺为碳源通过水热法实现碳量子点的合成，与现有技术比，具有稳定性强、荧光强度高且便于后期修饰的优点。

权利要求

1.一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将2ml浓度为0.1g/ml的聚乙烯亚胺溶液加入反应釜中，继续向反应釜中加入8ml超纯水；(2)步骤(1)所得产品混匀，用5M稀硫酸调节pH值为4；(3)将步骤(2)所得产品放入烘箱，温度180℃反应6h，得到发出明亮蓝色荧光的碳量子点。

说明书

一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，属于荧光纳米材料的制备技术领域。

背景技术

[0002] 碳量子点是近年来发现的以碳为骨架结构的新型纳米材料，是一种分散的、尺寸小于10nm的类球形的纳米颗粒。由于其独特的光学性质，优异的水分散性，化学和光稳定性，低制造成本和良好的生物相容性等优点引起了极大的关注。

[0003] 金属纳米簇的合成方法通常分为两类-“自上而下”和“自下而上”。前者通常采用如激光烧蚀，放电和电化学氧化的方法分解较大的碳结构，例如石墨、纳米金刚石等。碳量子点的产率和碳材料的利用效率低。另一方面，“自下而上”的方法通常采用水热处理，化学合成和微波辅助等方法从分子前体例如柠檬酸盐，碳水化合物和小分子等合成碳量子点。此外，水热路线已被证明是一种容易和有效的合成方法来制备荧光碳量子点，通常用葡萄糖，柠檬酸，香蕉汁和蛋白质等作为碳源，但这些碳源大多是具有多种表面官能团且不利于后期的修饰。

[0004] 目前，研究者通常将元素简单的聚合物如聚乙二醇、聚乙烯亚胺等用于碳量子点的修饰，而直接合成碳量子点研究较少。具有特定官能团的聚合物合成碳量子点便于后期修饰及实现靶向性检测。

发明内容

[0005] 本发明通过以聚乙烯亚胺为碳源，解决了上述碳源元素复杂且不利于后期修饰的问题。

[0006] 本发明的技术方案：

[0007] 一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，步骤如下：

[0008] 将浓度为0.1～0.3g/ml的聚乙烯亚胺溶液加入反应釜中，继续向反应釜中加入水，混匀，聚乙烯亚胺溶液与水的体积比为1：3～5；调节pH至3～5，在170～190℃温度条件下反应4～7h，即得碳量子点。

[0009] 作为优选条件，pH调节至4，在180℃温度条件下反应6h。

[0010] 本发明的有益效果：本发明通过以聚乙烯亚胺为碳源通过水热法实现碳量子点的合成，与现有技术比，具有稳定性强、荧光强度高且便于后期修饰的优点。

附图说明

[0011] 图1为实施例3合成的碳量子点荧光激发及发射谱图。

[0012] 图2为不同pH值对碳量子点荧光强度的影响。

[0013] 图3为不同反应温度对碳量子点荧光强度的影响。

[0014] 图4为不同反应时间对碳量子点荧光强度的影响。

[0015] 图5为实施例3合成的碳量子点的透射电镜图。

[0016] 图6为实施例3合成的碳量子点的红外谱图。

[0017] 图7为实施例3合成的碳量子点的X射线光电子能谱图。

[0018] 图8(a)为PEG合成的碳量子点的紫外及荧光谱图。

[0019] 图8(b)为不同的激发波长对应不同的发射谱图。

[0020] 图8(c)为PEG和碳量子点的红外谱图。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

[0022] 实施例1～7

[0023] 一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，所述方法包括如下步骤：

[0024] (1)将2ml浓度为0.1g/ml的聚乙烯亚胺溶液加入反应釜中，继续向反应釜中加入8ml超纯水；

[0025] (2)步骤(1)所得产品混匀，用5M稀硫酸调节不同的pH值；

[0026] (3)将步骤(2)所得产品放入烘箱，温度180℃反应6h，得到发出明亮蓝色荧光的碳量子点(图1)，所述实施例1～7的pH值见表1。

[0027] 透射电镜图(图5)显示合成的碳量子点尺寸均一，分散性好，大约为3.1nm。红外谱图(图6)显示碳量子点有明显的N-H(3354cm-1)，C-H(2944cm-1and 2828cm-1),C＝O(1601cm-1),C-N(1115cm-1)伸缩振动峰。同时X射线光电子能谱图(图7)表明合成的量子点纯净，与红外谱图更好的对应，便于后期的修饰及应用。

[0028] 表1实施例1～7的pH值

[0029]

[0030] 实施例8～11

[0031] 一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，所述方法包括如下步骤：

[0032] (1)将2ml浓度为0.1g/ml的聚乙烯亚胺溶液加入反应釜中，继续向反应釜中加入8ml超纯水；

[0033] (2)步骤(1)所得产品混匀，用5M稀硫酸调节pH至4；

[0034] (3)将步骤(2)所得产品放入烘箱，不同温度下反应6h，得到荧光碳量子点，所述实例8～11不同的反应温度见表2。

[0035] 表2实施例8～11不同的反应温度

[0036]  实施例8 实施例9 实施例10 实施例11
温度℃ 120 150 180 200

[0037] 实施例12～15

[0038] 一种以聚乙烯亚胺为碳源合成碳量子点的方法，所述方法包括如下步骤：

[0039] (1)将2ml浓度为0.1g/ml的聚乙烯亚胺溶液加入反应釜中，继续向反应釜中加入8ml超纯水；

[0040] (2)步骤(1)所得产品混匀，用5M稀硫酸调节pH至4；

[0041] (3)将步骤(2)所得产品放入烘箱，180℃下反应不同时间，得到荧光碳量子点，所述实施例11～15的不同反应时间见表3。

[0042] 表3实施例12～15的不同反应时间

[0043]  实施例12 实施例13 实施例14 实施例15
时间h 4 6 8 10

[0044] 对比例

[0045] 聚乙二醇(PEG)直接合成碳量子点的方法：

[0046] (1)配制0.2～0.4g/ml聚乙二醇溶液，将10ml聚乙二醇溶液加入至反应釜中；(2)将反应釜放至烘箱110～130℃，反应70～75h。

[0047] 由图8可以得出PEG合成的碳量子点可发出蓝色荧光，红外谱图显示合成后的碳点表面有被氧化的羧基。与聚乙烯亚胺(PEI)直接合成的碳量子的过程及结果比较：(1)PEI合成量子点时间较短，PEG的合成时间需要72小时；(2)PEI的合成过程中可通过无机酸调节pH增强荧光；(3)PEI合成的碳量子点含有多种氨基，便于后期的酰胺化及各种修饰。