專利名稱：水溶性熒光碳納米盤的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水溶性熒光碳納米盤的制備方法，屬納米功能碳材料制備工藝技術領域。
背景技術：
熒光碳基納米材料，包括碳納米管(carbon nanotubes)、碳點(carbon dots)和納米金剛石(nanodiamonds)等，作為一種新型的熒光材料迅速發(fā)展起來。與半導體量子點相比，其具有較高的熒光量子產(chǎn)率、穩(wěn)定的化學組成、良好的生物相容性和低的細胞毒性等優(yōu)點使熒光碳基納米材料一出現(xiàn)，立即引起了化學家、材料學家和生物學家的極大熱情和關注，在生物成像、疾病檢測和藥物等生命科學領域初步展現(xiàn)出了良好的勢頭。經(jīng)過對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，目前報道的熒光碳基納米材料的形貌主要為零維碳點和一維碳管，例如中國專利申請?zhí)?00610028446.0公開了一種熒光多璧碳納米管的制備技術；中國專利申請?zhí)?00810197695. 1公開了一種利用電化學氧化碳電極制備熒光碳點的方法；中國專利申請?zhí)?01010126320. 3公開了一種熱解乙二胺四乙酸鈉鹽合成熒光碳點的方法。近年來，以石墨烯為代表，二維碳納米材料逐漸以其特殊的形貌和性質(zhì)引起了人們的注意。與零維和一維碳材料相比，二維碳材料具有平面結構和高的比表面積，在物質(zhì)傳輸和藥物負載方面有著明顯優(yōu)勢，然而具有這樣特殊形貌的熒光碳納米材料還鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水溶性熒光碳納米盤的制備方法，其直徑為 60 nm,厚度 2-3 nm。一種水溶性熒光碳納米盤的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為
a.在惰性氣氛保護下，將六苯并蔻以1 5°C/min速率升溫至900 1200°C，在目標溫度保持5小時，隨后冷卻降溫至室溫，收集得到的粉末；
b.在步驟a所得粉末中，依次加入硝酸鉀和濃硫酸，攪拌混合均勻后，緩慢加入高錳酸鉀；攪拌反應M-100小時后，用去離子水稀釋，隨后再加入雙氧水，以除去多余的高錳酸鉀，的混合物；將該混合物置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍1000-10000，透析M-100 小時，得到懸濁液；所述的粉末、硝酸鉀、濃硫酸和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1 :0. 5 1 :10 30 :1 5
c.將步驟b所得懸濁液離心分離，收集上層液清液；
d.在步驟c所得上層液中加入鈍化劑氨基化聚乙醇，加熱至120°C，回流120小時，，將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析M小時，即得到水溶性熒光碳納米盤；所述的上層液、鈍化劑氨基化聚乙醇的質(zhì)量比為200 1000。上述的惰性氣體包括氮氣或氬氣。上述的水溶性碳納米盤的直徑為 60 nm,厚度2-3 nm。
所述的鈍化劑包括氨基化聚乙二醇，如H2NCH2(CH2CH2O)nCH2CH2CH2NH2 (PEG1500n)o本發(fā)明的特點及優(yōu)點本發(fā)明所描述的一種水溶性熒光碳納米盤具有二維形貌， 尺寸均勻，熒光量子產(chǎn)率高，分散性好且無毒性。這些特點有利于其在生物醫(yī)學和發(fā)光電子器件等領域獲得廣泛應用。本發(fā)明所用六苯并蔻前驅(qū)體具有很強的自組裝能力和良好的熱穩(wěn)定性，可以通過分子間n-n作用有序排列，在較低的碳化溫度下即可形成結構有序的石墨化碳材料，通過氧化剝離破壞其層間范德華力即可以分散為二維盤狀熒光碳材料。所需實驗條件溫和，結果重復性好，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。


圖1所得到的熒光碳納米盤的原子力顯微鏡(A和B)照片。圖2所得到的熒光碳納米盤透射電鏡照片。圖3所得到的熒光碳納米盤動態(tài)光散射圖譜。圖4熒光碳納米盤的紫外-可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜(插圖是在激發(fā)光365 nm下的光學照片)。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明。 實施例( 1)稱取2. 0 g六苯并蔻，置于石英舟中，在氮氣保護下放在管式爐中，在10小時內(nèi)升溫至1200°C，在最高溫度保持5小時，隨后冷卻降溫至室溫，收集得到的1-1. 3g粉末；
(2)將上一步得到粉末置于燒瓶中，再向其中依次加入0.5g硝酸鉀和20 ml濃硫酸， 劇烈攪拌混合物，
(3)1小時后，向混合物中緩慢加入3 g高錳酸鉀，繼續(xù)攪拌混合物；
(4)72小時后，向上述步驟所得混合物中緩慢加入75ml去離子水，隨后在向其中加入 5 ml雙氧水；以除去多余的高錳鉀；
(5)將所得混合物置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3000，透析M小時；得到懸濁
液；
(6)將上述步驟所得懸濁液置于高速離心機離心分離，每分鐘轉速10000轉，收集上層液清液；
(7)取50ml上層液置于圓底燒瓶，加入0. 1 g鈍化劑PEG15cicin，加熱至120攝氏度，回流120小時，接著加入水合胼還原，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M小時即可得到水溶性熒光碳納米盤；直徑范圍在 60nm、厚度2 3nm0對實施例所得樣品的儀器檢測 (1)原子力顯微鏡(AFM)的檢測
用AFM表征上述實施例得到的水溶性熒光碳納米盤的形貌，結構表明其直徑在飛0 nm，厚度2-3 nm，具有良好的分散性。參見圖IA和B。(2)透射電子顯微鏡(TEM)用TEM表征上述兩實施例得到的水溶性熒光碳納米盤的形貌，結構表明其直徑在飛0 nm。參見圖2。(3)動態(tài)光散射(DLS)曲線
用TEM表征上述實施例得到的水溶性熒光碳納米盤的形貌，結構表明其平均直徑在 "60 nm。參見圖3。(4)紫外-可見分光光度計和熒光分光光度計的檢測
用紫外-可見分光光度計和熒光分光光度計表征所得水溶性熒光碳納米盤的光學性質(zhì)，結果顯示其在觀0 nm處有明顯吸收，而熒光發(fā)射光譜對激發(fā)光具有依賴性，在激發(fā)光波長是400 nm時，發(fā)射光最強，其波峰位于510 nm。參見圖4。(5)熒光碳納米盤熒光量子產(chǎn)率的測量
在測量中，采用硫酸奎寧(0. 05M/L)為參照標準(其熒光量子產(chǎn)率為M%)。首先，分別測量熒光碳納米盤水溶液和硫酸奎寧溶液在相同激發(fā)波長使得吸光度，在分別測量熒光碳納米盤水溶液和硫酸奎寧溶液的熒光發(fā)射峰，并積分得到熒光發(fā)射峰的峰面積。再按照以下公式計算熒光量子產(chǎn)率(QY)。
QYs = QYr (Fs/Fr) (Ar/As) ( η s/ η r)2
Fs (樣品)和Fr (參比)是熒光發(fā)射峰峰面積，As (樣品)和Ar (參比)是在激發(fā)波長下紫外吸光度，ns (樣品)和ι (參比)是溶劑的折射率。QYs和Qt分別是樣品和參比的熒光量子產(chǎn)率。本發(fā)明所述熒光碳納米盤熒光量子產(chǎn)率為3.8%。
權利要求
1.一種水溶性熒光碳納米盤的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為a.在惰性氣氛保護下，將六苯并蔻以1 5°C/min速率升溫至900 1200°C，在目標溫度保持5小時，隨后冷卻降溫至室溫，收集得到的粉末；b.在步驟a所得粉末中，依次加入硝酸鉀和濃硫酸，攪拌混合均勻后，緩慢加入高錳酸鉀；攪拌反應M-100小時后，用去離子水稀釋，隨后再加入雙氧水，以除去多余的高錳酸鉀，的混合物；將該混合物置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍1000-10000，透析M-100 小時，得到懸濁液；所述的粉末、硝酸鉀、濃硫酸和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1 :0. 5 1 :10 30 :1 5c.將步驟b所得懸濁液離心分離，收集上層液清液；d在步驟c所得上層液中加入鈍化劑氨基化聚乙醇，加熱至120°C，回流120小時，，將所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范圍3500，透析M小時，即得到水溶性熒光碳納米盤；所述的上層液、鈍化劑氨基化聚乙醇的質(zhì)量比為200 1000。
2.根據(jù)權利要求1所述的水溶性碳納米盤的制備方法，其特征是所述的惰性氣體包括氮氣或氬氣。
3.根據(jù)權利要求1所述的水溶性碳納米盤的制備方法，其特征是所述的水溶性碳納米盤的直徑為 60 nm，厚度2-3 nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水溶性熒光碳納米盤的制備方法，屬納米功能碳材料制備工藝技術領域。本發(fā)明方法的主要過程是將無取代的六苯并蔻粉體在惰性氣體保護下放于管式爐中進行焙燒，焙燒溫度為1200oC，焙燒時間為2-5小時。冷卻至室溫后，將得到粉體置于H2SO4/KNO3/KMnO4強氧化劑體系中氧化，透析除去氧化劑后進一步鈍化，最終得到水溶性熒光碳納米盤，直徑為～60nm，厚度2-3nm，熒光量子產(chǎn)率為3.8%。本發(fā)明的產(chǎn)物具有特殊的二維形貌、高的熒光量子產(chǎn)率、良好的分散性。本發(fā)明的產(chǎn)物可適用于生物醫(yī)學和發(fā)光電子器件等應用領域。
文檔編號C09K11/65GK102431990SQ20111028184
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者劉瑞麗, 吳東清, 楊玉星 申請人:上海大學