一种高光致发光氮磷共掺杂碳量子点的制备方法和应用

本发明属于功能材料，具体涉及一种氮磷共掺杂碳量子点的其制备方法和应用。

背景技术：

1、碳量子点(carbonquantum dots，cqds)一般是小于10nm的荧光纳米颗粒，是一种碳基体纳米荧光材料。碳量子点是由碳元素构成的其形状呈现球形或类球形纳米材料，其核心部分由sp2杂化和sp3杂化的碳原子以及c＝o、c-o等键构成，较大的共轭结构也是碳量子点呈现荧光性能的可能原因。此外，碳量子点表面富含其他活性官能团，包括-cooh、-oh等，这些官能团容易发生化学反应而被修饰，极大的提高了碳量子点的可利用性和实用性。碳量子点因具有良好的生物相容性、较强的稳定性、较高化学惰性和易于进行表面功能化等优点，被广泛的应用于离子检测、成像分析、传感器、光电催化等领域。

2、甘蔗渣是制糖业中甘蔗加工后形成的主要副产物，产量高，在实际应用中仅限于燃料、造纸和饲料添加剂等，应用价值较低。因此对于甘蔗渣的充分利用，对资源利用和环境保护的具有重要的意义。甘蔗渣一般所含干物质是具有较高的纤维素，其中粗纤维约占42％、半纤维素约占25％、木质素约占20％，而纤维素和木质素均可以作为碳源制备碳量子点，因此可以将甘蔗渣作为一种良好的碳源用于碳量子点的制备中。

3、与小分子合成的碳量子点相比，生物质碳量子点存在如量子产率偏低、不能长时间放置等缺点，制约了其在生物体内成像及荧光传感等领域的进一步应用。通过引入氮元素可以成功得到具有荧光性能明显提升的碳量子点，但依然存在量子产率偏低、荧光发射强度弱等问题。为进一步提高生物质碳量子点的性能和应用，通过磷酸氢二铵进行氮磷双掺杂合成n/p-cqds，不仅可以进一步改善其结构，还能进一步提高量子产率、荧光稳定性以及对离子检测的灵敏性和准确性。

4、基于以上所述，本发明通过氮元素磷元素共同掺杂来制备n/p-cqds，从而制备出碳量子点稳定性高、量子产率高以及对离子检测具有很好的灵敏性和准确性的氮磷共掺杂碳量子点。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供一种碳量子点稳定性高、量子产率高以及对离子检测具有很好的灵敏性和准确性的氮磷双掺杂碳量子点。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种氮磷共掺杂碳量子点，所述氮磷双掺杂碳量子点以甘蔗渣为碳源，加入磷酸氢二铵引入氮元素和磷元素，采用水热法合成氮磷双掺杂碳量子点。

4、作为技术方案的优选，所述氮磷共掺杂碳量子点的激发波长为330nm左右，发射波长为406-407nm范围内，绝对量子产率为14.6％，荧光寿命为12.02ns。

5、一种如上所述的氮磷双掺杂碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)氮磷双掺杂碳量子点溶液的制备：将甘蔗渣洗涤、烘干、粉碎和过筛，得甘蔗渣细粉，取甘蔗渣细粉与磷酸氢二铵进行混合，分散至蒸馏水中，将所得溶液置于聚四氟乙烯内衬反应釜中，于马弗炉中进行反应，反应结束后取出反应液冷却至室温，经超声、离心后取上清液，将所得上清液进行过滤、透析，得到氮磷双掺杂碳量子点溶液；

7、作为技术方案的优选，步骤(1)中，所述甘蔗渣细粉与磷酸氢二铵的质量比为1∶0.8。

8、作为技术方案的优选，步骤(1)中，所述反应温度为260℃，反应时间为12h。

9、作为技术方案的优选，步骤(1)中，所述过滤为使用0.20μm的滤膜对上清液进行过滤，得到滤液；所述透析为将所得滤液用截留分子量500d的透析袋在蒸馏水中透析12h左右。

10、一种如上所述的氮磷双掺杂碳量子点，所述氮磷双掺杂碳量子点应用于fe3+的检测。

11、与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

12、1、为解决生物质碳量子点量子产率普遍偏低的问题，本发明将磷酸氢二铵与甘蔗渣混合以水热法合成氮磷双掺杂碳量子点(n/p-cqds)，进而提升碳量子点荧光探针的检测稳定性和荧光性能。该碳量子点的绝对量子产率为14.6％，相较于n/s-cqds的绝对量子产率(2.47％)提高了约764％，且增强了对fe3+离子的检测能力。

13、3、通过离子选择性与灵敏性实验表明，本发明合成的n/p-cqds，对fe3+离子具有响应性。

技术特征：

1.一种高光致发光氮磷共掺杂碳量子点的制备和应用，其特征在于，所述氮磷双掺杂碳量子点以甘蔗渣为碳源，加入磷酸氢二铵引入氮元素和磷元素，采用水热法合成氮磷双掺杂碳量子点。

2.根据权利要求1所述的氮磷双掺杂碳量子点，其特征在于，所述氮磷双掺杂碳量子点的激发波长为330nm左右，发射波长为406-407nm范围内，绝对量子产率为14.6％，平均荧光寿命为12.02ns。

3.一种如权利要求1或2所述的氮磷双掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的氮磷双掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述甘蔗渣细粉与磷酸氢二铵的质量比为1∶0.8。

5.根据权利要求3所述的氮磷双掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为260℃，反应时间为12h。

6.根据权利要求3所述的氮磷双掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述过滤为使用0.20μm的滤膜对上清液进行过滤，得到滤液；所述透析为将所得滤液用截留分子量500d的透析袋在蒸馏水中透析12h左右。

7.一种如权利要求1所述的氮磷双掺杂碳量子点的应用，所述氮磷双掺杂碳量子点应用于fe3+的检测。

技术总结本发明公开一种高光致发光氮磷双掺杂碳量子点的制备和应用，属于功能材料科技领域。该氮磷双掺杂碳量子点的制备方法如下：(1)氮磷双掺杂碳量子点溶液的制备。本发明将磷酸氢二铵与甘蔗渣混合以水热法合成氮磷双掺杂碳量子点。该氮磷双掺杂碳量子点稳定性高、量子产率以及对离子检测具有很好的灵敏性和准确性，具有很好的应用价值。技术研发人员：李媚,靳玉辉,张东辉,方燕,孙国梁,郑林燕,范飘然受保护的技术使用者：广西民族大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23