本發(fā)明屬于高分子發(fā)光材料領(lǐng)域，涉及一種硅雜化的碳量子點熒光材料及制備方法。

背景技術(shù)：

碳量子點是指粒徑小于10nm的一種近年來研究較為熱門的新型熒光碳納米材料，其主要元素是碳、氧、氮。碳量子點具有優(yōu)異的光學(xué)性能，良好的生物相容性以及低細胞毒性，并且易于進行表面功能化，更重要的一點是其制造成本低，在生物探針，藥物傳輸，以及生物成像等領(lǐng)域擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Αhen等[materialsscience&engineeringc,2017,76:856-864]以甘薯為原料，通過水熱法制備碳量子點，所合成的碳量子點平均直徑為3.39nm，量子產(chǎn)率為8.64％。但目前純的碳點熒光普遍存在強度偏低、量子產(chǎn)率不高的問題。

將硅元素摻雜在碳量子點中可以提高其熒光性能。wang等[advancedfunctionalmaterials,2011,21(6):1027-1031]通過水熱法合成了一種有機硅修飾的碳點，該碳點熒光強度較高，并且自身成膜后仍然保持其熒光能力。但該碳點易發(fā)生水解，在某種程度上限制了其應(yīng)用。shi等[acsnano,2015,9(1):312]通過簡單的加熱法合成了藍色、綠色和棕色三種不同顏色的sic-dots/sio2納米粉，這種sic-dots/sio2復(fù)合材料可在360、460和520nm的波長激發(fā)下可發(fā)射出至少7種顏色的光，具有優(yōu)異的熒光性、穩(wěn)定性、低毒性，但是這種方法制備的量子點容易團聚，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。因此，開發(fā)一種易于分散、熒光強度高、生物降解性好的碳量子點尤為迫切。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種硅雜化的碳量子點熒光材料及制備方法，以酯交換法合成的超支化聚硅氧烷為前驅(qū)體，合成一種si原子雜化的碳量子點。該硅雜化的碳點具有毒性低、生物相容性好、熒光強度高、生產(chǎn)成本低、熒光性能穩(wěn)定等優(yōu)點。

技術(shù)方案

一種硅雜化的碳量子點熒光材料，其特征在于：以有機硅單體與多元醇為原料合成的超支化聚硅氧烷為前驅(qū)體，有機硅單體與多元醇摩爾比為1:0.5～3。

所述有機硅單體為正硅酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷其中的一種或多種。

所述多元醇為新戊二醇、季戊四醇、一縮二乙二醇、3-甲基-1,3-丙二醇、三羥基丙烷、n-甲基二乙醇胺或三乙醇胺其中的一種或多種。

一種制備所述硅雜化的碳量子點熒光材料的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將有機硅單體與多元醇按摩爾比為1:0.5～3混合，在氮氣保護下，升溫至100℃～110℃；當有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h后降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體；

步驟2：將前驅(qū)體分散在蒸餾水中，于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

有益效果

本發(fā)明提出的一種硅雜化的碳量子點熒光材料及制備方法，首先，以有機硅單體與多元醇為原料通過酯交換縮聚法合成超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，通過簡單的水熱法得到含硅雜化碳量子點熒光材料。該硅雜化的碳量子點具有優(yōu)異的光學(xué)性能、良好的生物相容性以及低細胞毒性。同時，該碳量子點對fe³⁺具有顯著的熒光響應(yīng)性，其對fe³⁺溶液的檢測限達到了5×10^-6mol/l的數(shù)量級，可作為fe³⁺離子探針。并且具有制備工藝簡單、過程可控、三廢污染少、應(yīng)用范圍廣等特點。

附圖說明

圖1為按實例1所制備的超支化聚硅氧烷及其量子點的紫外吸收和熒光光譜

圖2為按實例2制備的量子點在不同濃度時的激發(fā)譜和發(fā)射譜

圖3為按實例2制備的量子點的tem形貌圖

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

硅雜化的碳量子點熒光材料，以有機硅單體與多元醇為原料合成的超支化聚硅氧烷為前驅(qū)體，通過簡單的水熱法得到可發(fā)射明亮的熒光含硅雜化碳量子點。其中，有機硅單體包括但不僅限于正硅酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷其中的一種或多種；多元醇包括但不僅限于新戊二醇、季戊四醇、一縮二乙二醇、3-甲基-1,3-丙二醇、三羥基丙烷、n-甲基二乙醇胺或三乙醇胺其中的一種或多種。具體技術(shù)方案如下：

首先，將有機硅單體與多元醇按摩爾比為1:0.5～3加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。接著，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，置于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

本發(fā)明內(nèi)容中：首先，以有機硅單體與多元醇為原料通過酯交換縮聚法合成超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，通過簡單的水熱法得到含硅雜化碳量子點熒光材料。

硅雜化的碳量子點熒光材料的制備方法包括以下步驟：

首先，將有機硅單體與多元醇按摩爾比為1:0.5～3加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，置于水熱反應(yīng)釜中，，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

下面結(jié)合實例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實例。

實例1

首先，將正硅酸乙酯與三羥基丙烷和n-甲基二乙醇胺按摩爾比為1:1:1.2加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，置于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

實例2

首先，將3-氨丙基三乙氧基硅烷與一縮二乙二醇按摩爾比為1:1.2～1.8加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫120～180℃，反應(yīng)5～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，置于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)6～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

實例3

首先，將乙烯基三甲氧基硅烷與新戊二醇按摩爾比為1:1.5～2加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，置于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

實例4

首先，將3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷與三乙醇胺按摩爾比為1:0.5～1.5加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，置于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。

實例5

首先，將3-氨丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯與3-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇按摩爾比為1:1～2:1:0.5～2加入四口燒瓶中，在氮氣保護下，緩慢升溫至100℃～110℃，直到有餾分蒸出，繼續(xù)加熱攪拌，逐步升溫110～180℃，反應(yīng)2～8h。降至室溫，得到超支化聚硅氧烷前驅(qū)體。然后，將該前驅(qū)體分散在蒸餾水中，于水熱反應(yīng)釜中，加熱至在100℃～200℃，反應(yīng)1～12h后，將反應(yīng)溶液在高速離心機中以10000r/min的速率離心10min～20min，取上層清液，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對其進行旋蒸，在真空干燥，得到硅雜化的碳量子點。