應(yīng)的檸檬酸與咪 唑，獲得氮摻雜碳基量子點濾餅。最后將此濾餅置于60°C真空干燥箱中干燥lh，獲得純的 氮摻雜碳基量子點固體，其具體氮含量與熒光發(fā)光效率結(jié)果如表1。
[0055] 表1氮摻雜碳基量子點的元素分析及其熒光發(fā)光效率 CN 105176528 A 說明書 6/7 頁
[0057] 表1為不同摩爾比的碳源與氮源制備得到的碳基量子點的各元素分析及其熒光 發(fā)光效率。在元素分析中，碳、氫、氮含量總和為1〇〇%，從表1中發(fā)現(xiàn)，隨著氮源咪唑用量的 增加，所制備的碳基量子點中碳元素含量變少，而氮元素含量變多，說明有更多氮參與到碳 基量子點的合成。另外，隨著氮源用量的增加，氮元素中以吡啶型及氨基型存在的化學(xué)態(tài)含 量占總氮含量的比例變大，且熒光發(fā)光效率也隨之增加，說明碳基量子點的熒光發(fā)光效率 與吡啶型、氨基型氮含量密切相關(guān)，當這兩種化學(xué)態(tài)的氮元素含量較多時，有更多的孤對電 子可參與電子傳遞和激子復(fù)合，最終提高碳基量子點的熒光發(fā)光效率。
[0058] 實施例5
[0059] 取3g檸檬酸與0· 47656g咪唑固體（檸檬酸與咪唑物質(zhì)的量比為1:0· 5)置于燒 杯中，用玻璃棒攪拌進行物理混合，將混合后的檸檬酸與咪唑直接置于微波爐中，設(shè)置微波 爐功率為500W，反應(yīng)時間為3min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例1中相同 的分離提純方法，得氮摻雜碳基量子點固體，經(jīng)檢測分析，其熒光發(fā)光效率為12. 61 %。
[0060] 實施例6
[0061] 取3g檸檬酸與11. 43742g咪唑固體（檸檬酸與咪唑摩爾比為1:12)置于燒杯中， 用玻璃棒攪拌進行物理混合，將混合后的檸檬酸與咪唑直接置于微波爐中，設(shè)置微波爐功 率為500W，反應(yīng)時間為6min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例1中相同的分 離提純方法，可獲得發(fā)光效率為30%純的氮摻雜碳基量子點固體。
[0062] 將所獲得的氮摻雜碳基量子點分散于N，N-二甲基甲酰胺溶液中獲得碳基量子點 溶液，溶液在普通光照條件下的照片以及放置于365nm紫外光下的照片進行對比，結(jié)果如 圖5所示。本發(fā)明方法制備得到的碳基量子點具有良好的熒光特性，具有良好的市場應(yīng)用 前景。
[0063] 實施例7
[0064] 取3g檸檬酸與4. 4989g2-乙基咪唑（檸檬酸與2-乙基咪唑物質(zhì)的量比為1:3) 固體置于燒杯中，用玻璃棒攪拌進行物理混合，將混合后的兩種化合物直接置于微波爐中， 設(shè)置微波爐功率為500W，反應(yīng)時間為3min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例 1中相同的分離提純方法，可獲得純的氮摻雜碳基量子點固體。
[0065] 實施例8
[0066] 采用實施例2的方法制備得到氮摻雜碳基量子點。將氮摻雜碳基量子點用樹枝 狀結(jié)構(gòu)偶氮苯大分子進行修飾，其熒光發(fā)光效率得到進一步提升，最終熒光發(fā)光效率可由 30 %提升到70%。
[0067] 對比例1
[0068] 取3g檸檬酸與4. 6847g咪唑固體（檸檬酸與咪唑摩爾比為1:5)固體置于燒杯中， 用玻璃棒攪拌進行物理混合，將混合后的兩種化合物直接置于微波爐中，設(shè)置微波爐功率 為1000W，反應(yīng)時間為4min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例1中相同的分離 提純方法，可獲得純的氮摻雜碳基量子點固體。經(jīng)檢測分析，其熒光發(fā)光效率僅為12. 15%。
[0069] 對比例2
[0070] 取3g檸檬酸與4. 6847g咪唑固體（檸檬酸與咪唑摩爾比為1:5)固體置于燒杯 中，用玻璃棒攪拌進行物理混合，將混合后的兩種化合物直接置于微波爐中，設(shè)置微波爐功 率為500W，反應(yīng)時間為20min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例1中相同的分 離提純方法，可獲得純的氮摻雜碳基量子點固體。經(jīng)檢測分析，其熒光發(fā)光效率僅為7%。 反應(yīng)增長時間太長導(dǎo)致所得碳基量子點出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，熒光發(fā)光效率反而大幅度下降，在 浪費能源的同時，碳基量子點的實際應(yīng)用價值降低。
[0071] 對比例3
[0072] 取3g檸檬酸與0. 2813g咪唑固體（檸檬酸與咪唑摩爾比為1:0. 3)固體置于燒杯 中，用玻璃棒攪拌進行物理混合，將混合后的兩種化合物直接置于微波爐中，設(shè)置微波爐功 率為500W，反應(yīng)時間為3min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例1中相同的分離 提純方法，可獲得純的氮摻雜碳基量子點固體。經(jīng)檢測分析，其熒光發(fā)光效率僅為5. 86%。
[0073] 對比例4
[0074] 取3g檸檬酸與0.3513g 1-正丁基咪唑固體置于燒杯中，用玻璃棒攪拌進行物 理混合，將混合后的兩種化合物直接置于微波爐中，設(shè)置微波爐功率為500W，反應(yīng)時間為 4min，待反應(yīng)完成后獲得棕黑色固體。采用和實施例1中相同的分離提純方法，無法分離除 去正丁基咪唑，獲得氮摻雜碳基量子點中混有1-正丁基咪唑，經(jīng)檢測分析，其熒光發(fā)光效 率僅為2. 25%。
【主權(quán)項】
1. 一種制備氮摻雜碳基量子點的方法，將碳源與氮源混合，直接進行微波碳化反應(yīng)，制 備得到氮摻雜碳基量子點。2. 如權(quán)利要求1所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，所述碳源是檸檬 酸，所述氮源是咪唑類化合物；所述咪唑類化合物包括咪唑和其衍生物；所述氮源可以是 咪唑和其衍生物中的一種或多種。3. 如權(quán)利要求1所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，制備氮摻雜碳基 量子點的氮源與碳源的摩爾比為1:0. 5~1:12。4. 如權(quán)利要求2所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，所述咪唑衍生物 是：1-乙烯基咪唑、N-乙基咪唑、2-溴-4-硝基咪唑、1，2-二甲基咪唑、4-硝基咪唑、苯并 咪唑、1-正丁基咪唑、1-(4-硝基芐基）咪唑、1-(4-氨基芐基）咪唑、2, 5, 6-三甲基苯并咪 唑、2-羥基苯并咪唑、1-三苯甲基咪唑、1-(4-甲醛基苯基）咪唑、1-(4-硝基苯）-IH-咪 唑、1-(4-氨基苯基）咪唑、N-丙基咪唑、N-乙?；溥?、2-^烷基咪唑、2,4-二甲基咪 唑、4, 5-二苯基咪唑、4-氮雜苯并咪唑。5. 如權(quán)利要求2所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，咪唑類化合物是 能與水混溶的咪唑化合物的一種或者幾種；優(yōu)選的所述咪唑衍生物是：咪唑、甲基咪唑和 2-乙基咪唑中的一種或幾種。6. 如權(quán)利要求1所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，每單位體積容量 的反應(yīng)物所需微波能量不低于1000KJ。7. 如權(quán)利要求1所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，微波碳化反應(yīng)得 到的氮摻雜碳基量子點，用水洗提純。8. 如權(quán)利要求1所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，制備得到的氮摻 雜碳基量子點中氮元素占碳基量子點總元素含量的范圍為3%~60% (重量)。9. 如權(quán)利要求1所述的氮摻雜碳基量子點的制備方法，其特征在于，所得氮摻雜碳基 量子點還經(jīng)過表面修飾；優(yōu)選的，采用樹枝狀結(jié)構(gòu)偶氮苯大分子對其進行表面修飾。10. 如權(quán)利要求1-9任意一項所述方法制備得到的碳基量子點及其應(yīng)用，特別是在生 物標記、催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氮摻雜碳基量子點的制備方法。該方法將廉價的碳源與氮源直接混合后通過微波碳化得到氮摻雜碳基量子點。本發(fā)明方法制備的氮摻雜碳基量子點中的氮的化學(xué)態(tài)以氨基型氮、吡啶型氮、吡咯型氮及四元環(huán)氮四種結(jié)構(gòu)形式同時存在于碳基量子點表面及其骨架結(jié)構(gòu)中，且氮化學(xué)態(tài)相對含量與光學(xué)化學(xué)特性可調(diào)，制備得到的氮摻雜碳基量子點的熒光發(fā)光效率高，催化效果好，并可通過表面修飾進一步改善其性能用于催化等領(lǐng)域。此外，制備過程采用直接將氮源與碳源混合碳化，不需外加吸波材料，整個制備過程簡單迅速；又制備所得的碳基量子點不溶于水，可在短時間內(nèi)完成碳基量子點的分離提純，產(chǎn)量高，對碳基量子點的生產(chǎn)及應(yīng)用推廣具有重要意義。
【IPC分類】C09K11/65
【公開號】CN105176528
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】劉煥明, 黃家偉, 王群, 王聰, 唐昶宇, 趙云, 梅軍
【申請人】中物院成都科學(xué)技術(shù)發(fā)展中心
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月24日