微波法合成碳量子点条件探索
2019-06-13邓鹏俊张海容
邓鹏俊,张海容
(忻州师范学院化学系,山西 忻州 034000)
相对于金属量子点而言，CDs无毒，对环境的危害小，造价便宜，因而合成CDs便成为一种研究热点[1-2]，而微波合成法[1]是一种通过微波加热来实现CDs制备的方法。微波合成法作为一种新颖、绿色高效的CDs制备方法，它能在短时间内迅速使CDs前体发生碳化、裂解从而达到快速制备的目的因而被广泛应用。在本实验中采用了丙三醇廉价无毒的药品，以聚乙二醇-200为修饰剂合成CDs，合成的CDs具有稳定荧光特性。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
F-4600荧光分光光度计(日本，日立公司)；AB204-N型电子分析天平；微电脑微波化学反应器LWMC-201；SB-5200DTDN超声波清洗机(宁波新芝生物科技有限公司)；TDL-40B离心机(金坛市友联仪器研究所)；UV-1800紫外可见分光光度计。
丙三醇 99.0% (天津市化学试剂三厂)；聚乙二醇-200(天津市光复精细化工研究所)；氢氧化钠(分析纯，天津市鼎盛鑫化工有限公司)；乙醇95%(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；盐酸(分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司)；硫酸奎宁(国药集团化学试剂有限公司)；浓硫酸(天津市化学试剂三厂)。
1.2 实验方法
取一定量的丙三醇和聚乙二醇-200，在微波炉中按一定的功率和时间进行加热，溶液颜色由淡黄色变成了棕色；等棕色溶液在室温下冷却后，定容到25mL，测定荧光强度，设定激发为334nm，发射在430nm左右，激发和发射的狭缝宽度均为5nm，扫描速度为1200nm/min。
1.3 荧光量子产率测定
2 结果与讨论
2.1 CDs制备条件的优化
2.1.1 最佳微波功率选择
图1 功率对CDs的影响
按实验方法用丙三醇3mL,聚乙二醇-200 1 mL，在微波炉中加热，固定时间为2min，调节功率20%，40%，60%，80%，90%，100%(100%时的功率为650W)，将反应后的溶液定容到25mL，测荧光强度。如图1所示。功率为100%(即功率为650W时)，合成的CDs的荧光强度最高。因此，本试验将650W设为制备荧光量子点的最佳功率。
2.1.2 最佳时间的选择
取丙三醇3mL,聚乙二醇-200 1mL，在微波炉中加热，固定功率为650W，调节时间120s，130s，150s，170s，190s,将反应后的溶液定容到25mL，测定荧光强度。如图2所示：测得150秒时合成的CDs的荧光强度最高。因此，选择150s为制备荧光量子点的最佳时间。
图2 时间对CDs的影响
2.1.3 最佳丙三醇与聚乙二醇的比例的选择
调节V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)的值为12∶0,12∶4,12∶8,12∶12，在微波炉中加热，固定时间为2min，功率为650W(定容到25mL)。测定荧光强度。如图3所示：测得V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)为3∶1时合成的CDs的荧光强度最高。因此，本试验将V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)为3∶1固定为制备荧光量子点的最佳比例。
图3 丙三醇(GI)与聚乙二醇(PEG)的比例对CDs性质的影响
2.2 荧光性质测定
在优化条件下(功率650W，时间150s，V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)为3∶1)制备CDs,其荧光激发和发射如图4所示。荧光光谱的激发和发射分别为：λex=360 nm、 λem=430nm。实验表明，微波法合成量子点为分析应用提供了新型发光探针。
图4 量子点荧光激发和发射
2.3 CDs稳定性
将合成的CDs在室温下保存1,2,3,4,5天，测荧光强度。结果如图5所示；测得合成的CDs在室温下储存其荧光强度基本保持不变。
图5 探究CQs的稳定性
2.4 酸碱性对该CDs发光性质的影响
CDs溶液在 0.01mol/L的氢氧化钠溶液、0.01mol/L的盐酸溶液及中性溶液中其荧光强度如图6所示，结果表明酸碱性对该CDs发光性质影响很小，不需要酸碱控制量子点溶液，即可用于荧光测定。
图6 酸碱性对CQs的影响
2.5 CDs荧光量子产率
按照实验方法，分别测定微波合成的CDs的积分荧光强度为72614.2，吸光度为0.050。测得标准液硫酸奎宁的积分荧光强度为209672.5，吸光度为0.039。在合成的CDs的浓度为5.8×10-1mol/L时，计算得到CDs荧光量子产率为24.42%。
3 结论
本实验采用一种工艺简单、成本低廉且绿色环保的反应路径，以丙三醇和聚乙二醇-200为碳源，探究了用微波法制备的CDs的最佳条件，通过发光性质测定，荧光量子产率可达24.42%；无论是从储存还是应用方面来说，合成的该CDs在室温下以及酸、碱环境中均相对稳定。实验表明，微波法合成量子点简便快速，为分析应用提供了新型发光探针。
