一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点及其方法、应用

本发明涉及纳米材料，尤其是涉及一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点及其方法、应用。

背景技术：

1、作为一种新型的碳基荧光纳米材料，碳点由于其卓越的发光性质和简便的合成过程而受到了广泛的关注。碳点通常由自上而下或自下而上的方法合成，后者由于其多样性和实用性而更受欢迎。特别是小分子化合物、聚合物或生物质前驱体的溶剂热处理已成为一种重要的自下而上碳点制备方法。然而，高温处理原料易引发复杂的非线性反应历程(如脱水、缩合、交联和碳化等)，导致多样的副反应途径，并伴生大量低分子量杂质，从而显著降低碳点的实际转化率。这些杂质量大且性质各异，往往会混淆碳点本身的特性表达，例如，部分碳点的典型荧光性质实则源于分子荧光物质的影响。因此，研发高效简洁且能实现高收率、高纯度碳点合成的新方法，具有非常大的挑战性但至关重要。

2、尽管已有研究者关注到碳点纯度问题，但该领域普遍存在纯化步骤不足甚至缺失的现象，进而导致关于碳点基本结构与荧光性质的本质争论持续不断，极大地阻碍了其实用化进程。膜透析作为一种常规的碳点纯化技术，通常选用截留分子量(mwco)低于3kda的膜。遗憾的是，此类低截留分子量的膜透析无法有效去除合成过程中产生的荧光性大分子副产物，诸如聚合物、超分子或聚集体。相反，采用mwco大于3kda的高分子量膜透析进行深度纯化，则有望有效滤除小分子副产物，大幅度提升碳点产品的纯度，且其纯度可经由核磁共振氢谱及色谱分离等高分辨表征技术精确验证。因此，除了优化反应转化效率和可控性之外，结合使用高效的高分子量膜透析纯化技术和核磁共振氢谱纯度检测等手段，是获取高纯度碳点的重要前提条件。

3、基于以上背景，我们提出了一种简便且高度可控的自聚合驱动溶剂热法，选用具有内在自聚合特性的da和其他酚类化合物作为前驱体，在碘酸盐或高碘酸盐氧化体系引导下，于溶剂热条件下触发高效自聚合反应过程，从而高效实现高纯度碳点的自下而上制备。这一策略有效增强了溶剂热合成途径的可控性，并显著提高了碳点的实际生成效率，有望实现可控且纯净的碳点材料的高效制备。

技术实现思路

1、本发明提供一种自聚合驱动自下而上高效合成高纯度荧光碳点的合成方法，所述高纯度荧光碳点以儿茶酚胺或酚类物质作为自聚合驱动前驱体，含有极性有机溶剂为溶剂体系，在碘酸及其盐/高碘酸及其盐的氧化诱导下制备得到。

2、作为本发明的一种实施方式，所述儿茶酚胺选自多巴胺、左旋多巴、没食子酸、邻苯二酚、邻苯三酚中的一种或多种。

3、作为本发明的一种实施方式，所述极性有机溶剂的偶极矩大于5×10-30且小于10×10-30库伦·米。

4、作为本发明的一种实施方式，所述溶剂体系含有超纯水。

5、本发明第二方面提供所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，所述合成工艺步骤如下：

6、将碘酸及其盐/高碘酸及其盐、溶剂加入到反应釜中，充分混合后，加入儿茶酚胺或酚类物质或酚类物质开始反应；反应结束后，去除沉淀物后，用透析膜进行透析得到的截留物冷冻干燥保存。

7、作为本发明的一种实施方式，所述透析膜的截留分子量为3-15kda。

8、作为本发明的一种实施方式，所述碘酸及其盐/高碘酸及其盐和儿茶酚胺或酚类物质前驱体的质量比为(9-11):1。

9、作为本发明的一种实施方式，所述碘酸及其盐/高碘酸及其盐为高碘酸钠或碘酸钾。

10、作为本发明的一种实施方式，所述溶剂包含偶极矩大于5×10-30且小于10×10-30库伦·米的极性有机溶剂和缓冲溶剂。

11、作为本发明的一种实施方式，所述缓冲溶剂含有和碘酸及其盐/高碘酸及其盐相同的金属元素。

12、本发明第三方面提供所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点，应用于传感、色谱固定相领域。

13、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

14、本发明涉及一种新颖的、通过自聚合驱动实现高效率和高纯度合成荧光碳点(cds)的方法。所述方法采用具有自聚合性质的多巴胺(da)及其他酚类化合物作为前驱体，在特定的溶剂混合体系中通过调控碘酸或高碘酸诱导氧化过程，有效地促进了da等酚类化合物自聚合成聚多巴胺(pda)或其他聚多酚，进而通过可控的溶剂热反应高效转化为pda衍生荧光碳点(pda-cds)或聚多酚衍生荧光碳点。

技术特征：

1.一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点，其特征在于，所述高纯度荧光碳点以儿茶酚胺或酚类物质作为自聚合驱动前驱体，含有极性有机溶剂为溶剂体系，在碘酸及其盐/高碘酸及其盐的氧化诱导下制备得到。

2.根据权利要求1所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点，其特征在于，所述极性有机溶剂的偶极矩大于5×10-30且小于10×10-30库伦·米。

3.根据权利要求1所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点，其特征在于，所述溶剂体系含有超纯水。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，其特征在于，所述合成工艺步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，其特征在于，所述透析膜的截留分子量为3-15kda。

6.根据权利要求4所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，其特征在于，所述碘酸及其盐/高碘酸及其盐和儿茶酚胺或酚类物质前驱体的质量比为(9-11):1。

7.根据权利要求4～6任一项所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，其特征在于，所述碘酸及其盐/高碘酸及其盐为高碘酸钠或碘酸钾。

8.根据权利要求4所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，其特征在于，所述溶剂包含偶极矩大于5×10-30且小于10×10-30库伦·米的极性有机溶剂和缓冲溶剂。

9.根据权利要求8所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点的合成工艺，其特征在于，所述缓冲溶剂含有和碘酸及其盐/高碘酸及其盐相同的金属元素。

10.根据权利要求1～3任一项所述的一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点，其特征在于，应用于传感、色谱固定相领域。

技术总结本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是涉及一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点及其方法、应用。所述一种自聚合驱动自下而上高效合成的高纯度荧光碳点，是以多巴胺(DA)及其酚类类似物作为自聚合驱动前驱体，含有极性有机溶剂为溶剂体系，在碘酸及其盐/高碘酸及其盐的调控下制备得到。所述方法采用具有自聚合性质的DA及其他酚类化合物作为前驱体，在特定的溶剂混合体系中通过调控碘酸或高碘酸诱导氧化过程，有效地促进了DA等酚类化合物自聚合成聚多巴胺(PDA)或其他聚多酚，进而通过可控的溶剂热反应高效转化为PDA衍生荧光碳点(PDA‑CDs)或聚多酚衍生荧光碳点。技术研发人员：付琦峰,袁珑,龚远敏,廖洪燕,夏雯莉受保护的技术使用者：西南医科大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4