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以抗坏血酸为原料制备荧光碳点的研究 荧光碳点的制备 近年来，发现了一种新的荧光纳米颗粒。荧光碳纳米材料具有高的化学稳定性,光稳定性和特殊的光学性质,在传感,成像,太阳能,光电器件等领域有广泛应用。相对于传统的量子点和有机染料,碳点低毒,稳定,并且可以进行化学修饰。荧光碳点近似球形,粒径小(一般小于10nm),激发波长可调并且具有优良的生物相容性。根据是否溶于水可以分为油溶性碳点和水溶性碳点,其中水溶性碳点因其表面具有大量的羧基,羟基等水溶性基团,并且可以和多种有机,无机,生物分子相容而引起广泛关注。 碳点的制备方法可以分为自上而下和自下而上的方法。自上而下的方法主要有弧光放电法,激光消蚀法,电化学合成法。自下而上的方法主要有热回流法、场辅助法(微波辅助,超声辅助,微波-水热辅助)。 本文以抗坏血酸为原料经过一步微波反应制备了粒径分布范围窄,荧光性能好的荧光碳点。 1 实验部分 1.1 聚乙二醇-200微波时间的确定 取0.5g的抗坏血酸(北京奥博星生物技术有限责任公司,分析纯)溶于适量的超纯水中,加入10mL聚乙二醇-200(西陇化工股份有限公司,化学纯)搅拌30min,微波时间分为90和150s。随着微波时间的延长,无色透明溶液逐渐转变成浅黄色最终变成黄棕色。所得溶液用超纯水洗涤和提纯后即得碳点的水溶液。 1.2 碳点的表征 用X射线(XRD)衍射分析(电压40kV,电流40mA,扫描角度5°~85°)表征碳点的结构;用TecnaiG220型透射电子显微镜(FEI香港有限公司)表征碳点的形貌和粒径大小,N exus670FTIR型红外光谱仪(KBr压片,扫描范围4 000~400cm-1,分辨率4cm-1,扫描次数32)表征碳点的表面基团,U-3010型紫外-可见吸收分光光度计(波长范围200~800nm)测试紫外-可见吸收光谱,F-7000型荧光分光光度计(波长范围200~800nm)测试碳点的荧光光谱;实验室pH计(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)调节溶液pH值。 2 结果和讨论 2.1 xrd分析 将所得的碳点溶液冷冻干燥,所得固体进行XRD表征。如图1所示在2θ=20°左右有一个很宽的峰,这个峰是碳的无定形态的特征峰。 2.2 缩振动的表征 样品的FTIR如图2所示,3 450cm-1为—OH的伸缩振动,1 633cm-1是Cue5caO的伸缩振动,1 126和1 260cm-1分别属于C—O—C的对称伸缩振动和不对称伸缩振动。由此可以看出碳点表面富含羟基和羧基。 2.3 防止碳点团聚 图3为样品透射电镜图。由图3可以看出制备的碳点近似球形,大小均匀,分散性良好,无团聚现象,说明PEG作为表面修饰剂能有效防止碳点团聚;微波时间90s时碳点粒径大小为4~6nm,微波时间150s时碳点粒径大小为5~8nm。由此说明碳点粒径与微波时间有关,微波时间延长,碳点粒径增大。 2.4 碳点激发波场 图4为样品的紫外-可见吸收光谱图,从图4中可以看出碳点溶液从250~300nm之间有一个宽吸收带,并且在300nm处有一个陡峭的吸收边,说明制备的碳点粒径均匀;在365nm紫外灯下可以看出碳点溶液呈现明亮的蓝绿色(如图5)。荧光光谱图(图4)显示碳点水溶液的荧光发射峰随着激发波长[图4(a)330~370nm,图4(b)340~380nm]的增加,最大发射峰的荧光强度下降,峰位置出现红移的趋势,碳点最大发射峰位置红移现象在很多研究中都有发现,原因可能是由于碳点表面发射位点的不同或者缺陷造成的。荧光强度的降低在科学界仍然是一个迷。 2.5 ph对光强度的影响 将微波时间150s时的碳点取40μL稀释20倍,配置不同pH的碳点溶液,然后进行荧光强度的测定(激发波长为360nm,如图6),pH在3~11的范围内,随着pH的增加,荧光强度逐渐降低。碳点表面富含羟基,羧基等基团,当pH增加时碳点表面的羧酸脱掉H+,碳点表面带上了负电荷,从而影响了荧光性能。这一研究结果和Chang小组的结果相似。 3 微波制备方法 以抗坏血酸为原料采用微波法制备了一种荧光碳纳米粒子,原料简单易得,制备方法简便,快捷。随着微波时间的延长,粒径有所增大;所合成的碳点近似球形,表面有羟基,羧基等亲水基团,因此具有很强的亲水性;并且在很宽的pH范围内具有很强的荧光性能。