微波法合成碳量子點(diǎn)條件探索

鄧鵬俊,張海容

(忻州師范學(xué)院化學(xué)系,山西 忻州 034000)

相對(duì)于金屬量子點(diǎn)而言，CDs無毒，對(duì)環(huán)境的危害小，造價(jià)便宜，因而合成CDs便成為一種研究熱點(diǎn)[1-2]，而微波合成法[1]是一種通過微波加熱來實(shí)現(xiàn)CDs制備的方法。微波合成法作為一種新穎、綠色高效的CDs制備方法，它能在短時(shí)間內(nèi)迅速使CDs前體發(fā)生碳化、裂解從而達(dá)到快速制備的目的因而被廣泛應(yīng)用。在本實(shí)驗(yàn)中采用了丙三醇廉價(jià)無毒的藥品，以聚乙二醇-200為修飾劑合成CDs，合成的CDs具有穩(wěn)定熒光特性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

F-4600熒光分光光度計(jì)(日本，日立公司)；AB204-N型電子分析天平；微電腦微波化學(xué)反應(yīng)器LWMC-201；SB-5200DTDN超聲波清洗機(jī)(寧波新芝生物科技有限公司)；TDL-40B離心機(jī)(金壇市友聯(lián)儀器研究所)；UV-1800紫外可見分光光度計(jì)。

丙三醇 99.0% (天津市化學(xué)試劑三廠)；聚乙二醇-200(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；氫氧化鈉(分析純，天津市鼎盛鑫化工有限公司)；乙醇95%(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；鹽酸(分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)；硫酸奎寧(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；濃硫酸(天津市化學(xué)試劑三廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量的丙三醇和聚乙二醇-200，在微波爐中按一定的功率和時(shí)間進(jìn)行加熱，溶液顏色由淡黃色變成了棕色；等棕色溶液在室溫下冷卻后，定容到25mL，測定熒光強(qiáng)度，設(shè)定激發(fā)為334nm，發(fā)射在430nm左右，激發(fā)和發(fā)射的狹縫寬度均為5nm，掃描速度為1200nm/min。

1.3 熒光量子產(chǎn)率測定

2 結(jié)果與討論

2.1 CDs制備條件的優(yōu)化

2.1.1 最佳微波功率選擇

圖1 功率對(duì)CDs的影響

按實(shí)驗(yàn)方法用丙三醇3mL,聚乙二醇-200 1 mL，在微波爐中加熱，固定時(shí)間為2min，調(diào)節(jié)功率20%，40%，60%，80%，90%，100%(100%時(shí)的功率為650W)，將反應(yīng)后的溶液定容到25mL，測熒光強(qiáng)度。如圖1所示。功率為100%(即功率為650W時(shí))，合成的CDs的熒光強(qiáng)度最高。因此，本試驗(yàn)將650W設(shè)為制備熒光量子點(diǎn)的最佳功率。

2.1.2 最佳時(shí)間的選擇

取丙三醇3mL,聚乙二醇-200 1mL，在微波爐中加熱，固定功率為650W，調(diào)節(jié)時(shí)間120s，130s，150s，170s，190s,將反應(yīng)后的溶液定容到25mL，測定熒光強(qiáng)度。如圖2所示：測得150秒時(shí)合成的CDs的熒光強(qiáng)度最高。因此，選擇150s為制備熒光量子點(diǎn)的最佳時(shí)間。

圖2 時(shí)間對(duì)CDs的影響

2.1.3 最佳丙三醇與聚乙二醇的比例的選擇

調(diào)節(jié)V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)的值為12∶0,12∶4,12∶8,12∶12，在微波爐中加熱，固定時(shí)間為2min，功率為650W(定容到25mL)。測定熒光強(qiáng)度。如圖3所示：測得V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)為3∶1時(shí)合成的CDs的熒光強(qiáng)度最高。因此，本試驗(yàn)將V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)為3∶1固定為制備熒光量子點(diǎn)的最佳比例。

圖3 丙三醇(GI)與聚乙二醇(PEG)的比例對(duì)CDs性質(zhì)的影響

2.2 熒光性質(zhì)測定

在優(yōu)化條件下(功率650W，時(shí)間150s，V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)為3∶1)制備CDs,其熒光激發(fā)和發(fā)射如圖4所示。熒光光譜的激發(fā)和發(fā)射分別為：λex=360 nm、 λem=430nm。實(shí)驗(yàn)表明，微波法合成量子點(diǎn)為分析應(yīng)用提供了新型發(fā)光探針。

圖4 量子點(diǎn)熒光激發(fā)和發(fā)射

2.3 CDs穩(wěn)定性

將合成的CDs在室溫下保存1,2,3,4,5天，測熒光強(qiáng)度。結(jié)果如圖5所示；測得合成的CDs在室溫下儲(chǔ)存其熒光強(qiáng)度基本保持不變。

圖5 探究CQs的穩(wěn)定性

2.4 酸堿性對(duì)該CDs發(fā)光性質(zhì)的影響

CDs溶液在 0.01mol/L的氫氧化鈉溶液、0.01mol/L的鹽酸溶液及中性溶液中其熒光強(qiáng)度如圖6所示，結(jié)果表明酸堿性對(duì)該CDs發(fā)光性質(zhì)影響很小，不需要酸堿控制量子點(diǎn)溶液，即可用于熒光測定。

圖6 酸堿性對(duì)CQs的影響

2.5 CDs熒光量子產(chǎn)率

按照實(shí)驗(yàn)方法，分別測定微波合成的CDs的積分熒光強(qiáng)度為72614.2，吸光度為0.050。測得標(biāo)準(zhǔn)液硫酸奎寧的積分熒光強(qiáng)度為209672.5，吸光度為0.039。在合成的CDs的濃度為5.8×10-1mol/L時(shí)，計(jì)算得到CDs熒光量子產(chǎn)率為24.42%。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用一種工藝簡單、成本低廉且綠色環(huán)保的反應(yīng)路徑，以丙三醇和聚乙二醇-200為碳源，探究了用微波法制備的CDs的最佳條件，通過發(fā)光性質(zhì)測定，熒光量子產(chǎn)率可達(dá)24.42%；無論是從儲(chǔ)存還是應(yīng)用方面來說，合成的該CDs在室溫下以及酸、堿環(huán)境中均相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明，微波法合成量子點(diǎn)簡便快速，為分析應(yīng)用提供了新型發(fā)光探針。