一种基于Fe3O4@SiO2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法

本发明属于纳米材料，具体是一种基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法。

背景技术：

1、近年来，磁性纳米材料因其优异的磁响应和超顺磁性、良好的稳定性、高生物相容性和低毒性，在分析化学和生物传感器领域引起了极大的关注，其中超顺磁性氧化铁(fe3o4)因其独特的高矫顽力、优异的可操控磁响应性、可控的尺寸和表面、易于进行功能化等优点，在生物医学、多功能纳米探针、生物成像、药物递送等各个领域得到了广泛关注，尤其是，磁性荧光复合纳米材料集磁性与荧光特性于一体，可以在荧光可视的情况下通过外加磁场对复合纳米材料进行操纵，因此，在多模成像、磁性分离、靶向移动、生物检测和药物运输等领域得到应用。

2、目前，磁性荧光复合纳米材料的制备主要包括溶胶凝胶法、聚合物包埋法和自组装法等，经常使用的磁性荧光复合材料的制备方法为：先采用正硅酸乙酯在氨水中进行水解反应，在磁性材料表面合成sio2层，接着通过表面吸附作用，将碳量子点负载于fe3o4@sio2核壳结构的表面，得到层层自组装的磁性荧光碳量子点纳米复合材料，虽然制备的磁性碳量子点复合材料通过显微荧光手段可以观察到样品的荧光，但是，由于碳量子点与带负电的si-o-中间体存在静电排斥，难以有效的将碳量子点包覆在sio2壳层内，导致碳量子点负载量较低，加上磁性纳米材料表面对碳量子点的荧光猝灭作用，使得磁性荧光复合材料难以产生肉眼可见的明显荧光。然而，在日常生活中，常常需要对某些物品、标签或者痕迹进行荧光标记并进行磁性探测，从而进行追踪和识别，这需要所使用的磁性荧光复合纳米材料具有肉眼可见的荧光发光效果，而不仅仅只有在显微荧光。

3、因此，需要对碳量子点的负载方法进行改进，提高碳量子点在磁性纳米材料表面的负载量，以提高荧光标识能力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，制备的磁性荧光复合纳米材料在紫外灯照射下具有肉眼可见的明亮荧光。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，包括如下步骤：

4、步骤1、制备磁性纳米材料

5、取0.5～1.5g六水合三氯化铁加入20～40ml乙二醇中，加热并搅拌使其完全溶解，得到橙黄色透明溶液a，向溶液a中加入1～3g结晶乙酸钠，再次搅拌，得到黄色浑浊溶液b，向溶液b中加入2～6g的1,6-己二胺，继续搅拌，得到澄清的深棕色溶液c，将溶液c转移到反应釜中，在160-230℃下，反应6～12h，冷却后，利用磁铁分离出样品并洗涤，得到fe3o4磁性纳米材料；

6、步骤2、制备磁性荧光复合纳米材料

7、将100～200ml无水乙醇和30～80ml水混合，得到乙醇溶液，向乙醇溶液中加入2～6mg的fe3o4磁性纳米材料并超声分散均匀，得到磁性纳米材料的分散溶液，快速搅拌分散溶液，并在搅拌过程中，向分散溶液中加入0.5～1.5ml浓度为5～15mm的巯基乙胺溶液并持续搅拌，得到溶液d，向溶液d中加入0.5～3.5ml浓度为0.3～0.8wt％的聚二烯二甲基氯化铵溶液和0.5-1.5ml碳量子点并持续搅拌，接着加入2～4ml质量分数为25％的氨水，得到溶液e，向溶液e中匀速滴加200～400ml正硅酸四乙酯，在室温下，反应2～5h，收集样品并洗涤，得到磁性荧光复合纳米材料。

8、进一步地，所述步骤1的加热温度为40～60℃。

9、进一步地，所述步骤1的再次搅拌时间为15min。

10、进一步地，所述步骤1的洗涤是使用水和无水乙醇清洗交替清洗至少3次。

11、进一步地，所述所述步骤2的持续搅拌时间均为1h。

12、进一步地，所述步骤2的碳量子点由如下方法制备得到：

13、取0.5～1.5g无水柠檬酸和0.4～0.8g邻苯二胺依次加入20～40ml无水乙醇中，搅拌至完全溶解，得到浅黄色的透明溶液，将浅黄色的透明溶液转移到反应釜中，在140～200℃下，反应5～10h，得到具有明亮蓝色荧光的碳量子点。

14、进一步地，所述步骤2利用一次性注射器向溶液e中匀速滴加正硅酸四乙酯，且滴加时间小于10min。

15、进一步地，所述步骤2的洗涤是使用水和无水乙醇清洗交替清洗至少3次。

16、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

17、本发明在fe3o4纳米颗粒表面通过氨水和正硅酸乙酯生长sio2壳层的同时，加入碳量子点进行包覆，不需要额外的修饰或自组装过程，针对碳量子点与带负电的si-o-中间体存在静电排斥，致使难以有效地把碳量子点包覆在sio2壳层内从而导致复合材料荧光效果较差的问题，在合成sio2壳层的过程中，额外加入聚二烯二甲基氯化铵，带正电的聚二烯二甲基氯化铵平衡合成过程中碳量子点与sio2中间体si-o-的静电排斥作用，并与碳量子点结合，从而大幅提高包覆于磁性纳米材料表面的sio2层对碳量子点的负载量，制备得到负载有碳量子点的fe3o4@sio2核壳结构磁性荧光复合纳米材料，具有良好的磁分离性能和荧光性能，在紫外灯照射下可以发出肉眼可见的明亮荧光，可以用于磁性荧光标记、识别、追踪等用途。

技术特征：

1.一种基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤1的加热温度为40～60℃。

3.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤1的再次搅拌时间为15min。

4.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤1的洗涤是使用水和无水乙醇清洗交替清洗至少3次。

5.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述所述步骤2的持续搅拌时间均为1h。

6.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤2的碳量子点由如下方法制备得到：

7.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤2利用一次性注射器向溶液e中匀速滴加正硅酸四乙酯，且滴加时间小于10min。

8.根据权利要求1所述的基于fe3o4@sio2核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，其特征在于，所述步骤2的洗涤是使用水和无水乙醇清洗交替清洗至少3次。

技术总结本发明公开了一种基于Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;核壳结构包覆碳量子点制备磁性荧光复合纳米材料的方法，包括步骤：1、取六水合三氯化铁加入乙二醇，加热并搅拌，得到橙黄色透明溶液A，加入结晶乙酸钠并搅拌，得到黄色浑浊溶液B，加入1,6‑己二胺并搅拌，得到澄清的深棕色溶液C，转移到反应釜，在160‑230℃下，反应6～12h，冷却后，磁分离出样品并洗涤，得到Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;磁性纳米材料；2、将无水乙醇和水混合，再加入Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;磁性纳米材料并超声分散，接着快速搅拌并加入巯基乙胺溶液，接着加入聚二烯二甲基氯化铵溶液和碳量子点并持续搅拌，然后加入氨水，最后匀速滴加正硅酸四乙酯，在室温下，反应2～5h，收集样品并洗涤，得到磁性荧光复合纳米材料，在紫外灯照射下具有肉眼可见的明亮荧光。技术研发人员：方吉祥,李铃薇,王换,尤红军受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11