何首乌水热法合成荧光碳点的研究

何首乌水热法合成荧光碳点的研究

张青;王坤;吴狄;李红琼;杨欢;罗琼;李思雨;郭开雨

【摘要】首次以何首乌作为碳源水热法合成了荧光碳纳米点，我们考察了何首乌的用量、反应温度及反应时间对水热法合成过程的影响。实验结果表明，反应釜溶液总体积为30 mL的条件下，何首乌质量为0.5 g时得到的荧光碳点发光效率最高；同时，水热反应温度也不宜过高，反应温度为160℃，反应时间为3 h时得

到的荧光碳点发光强度最高。%Fluorescent carbon nanodots utilized with Chinese herbs of polygonum multiflorum as a carbon source via hydrothermal method was developed for the first time.The effect of the amount of polygonum multiflorum , reaction time and temperature on hydrothermal synthesis process was investigated in the present

work.Results showed that when the total volume of the solution was 30 mL, 0.5 g of polygonum multiflorum used was optimal because the obtained fluorescent carbon nanodots showed the highest luminescent efficiency.Besides , the optimized reaction time and temperature were set at 160 ℃and 3 h owing to fluorescent carbon nanodots with the highest fluorescent intensities.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2014(000)017

【总页数】3页(P60-61,70)

【关键词】何首乌;水热法;荧光碳纳米点

【作者】张青;王坤;吴狄;李红琼;杨欢;罗琼;李思雨;郭开雨

【作者单位】重庆市綦江区环境监测站，重庆 401420;四川文理学院化学与化工

学院，四川省特色植物开发研究重点实验室，四川达州 635000;四川文理学院化

学与化工学院，四川省特色植物开发研究重点实验室，四川达州 635000;四川文

理学院化学与化工学院，四川省特色植物开发研究重点实验室，四川达州635000;四川文理学院化学与化工学院，四川省特色植物开发研究重点实验室，四川达州 635000;四川文理学院化学与化工学院，四川省特色植物开发研究重点实

验室，四川达州 635000;四川文理学院化学与化工学院，四川省特色植物开发研

究重点实验室，四川达州 635000;四川文理学院化学与化工学院，四川省特色植

物开发研究重点实验室，四川达州 635000

【正文语种】中文

【中图分类】O65

20 世纪末，一种新的科学技术－纳米技术逐渐发展起来，这是一种在纳米尺度上(0.1 ～100 nm)研究物质(包括分子、原子的操纵)的特性和相互作用，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能的高科技先进技术。纳米技术在不断渗透到现代科学技术的各个领域的同时，形成了许许多多与纳米技术相关的研究纳米自身规律的新兴学科［1－2］。功能纳米材料所具备的各种效应和其独特的性质，使其在各个

领域，特别是在生物医学领域中具有很好的应用前景［3－4］。

近来，荧光碳点在碳纳米家族里已经逐渐成为一颗新星。与量子点和有机染料相比，荧光碳点具有高水溶性、低毒性、易操作、低消耗以及良好的生物相容性等优点［5－6］。因此，在荧光碳点合成方面已取得了很大的进步，例如电化学合成

［7］，通过电化学方法处理多壁碳纳米管(MWCNTs)制备出发蓝光的水溶性碳点，以含四丁基高氯酸盐(TBAP)的脱气乙腈溶液为支持电解质，通过观察电解溶液的

颜色来控制电解进度，得到的碳点呈均匀球状，粒径分布很窄。该碳点有多个发射位点或表面状态，拉曼光谱显示既有sp2 碳，又有不规则碳，晶格结构同石墨类似;热/水热/酸氧化［8］，用硝酸氧化法制备碳点，不同的是，以天然气燃烧灰作为原料，然后中和透析得到纯化的碳点;微波过程［9］，将聚乙烯乙二醇(PEG－200)和糖类物质溶解到水中，在微波炉中加热处理，即可得到荧光碳点。但是这

些方法存在一些缺点，如涉及多相过程或大量强酸或者昂贵的原材料。

水热法作为一种温和的，一步简单操作的处理过程已经被很多工作者所使用，很多努力都在致力于发展温和的水热法，如利用壳聚糖凝胶、氨基酸、聚乙烯醇、亲二烯体、大豆乳液、蜡烛烟灰等来制备荧光碳点［8，10］。从这个观点可以看出，发现新奇且低消耗的碳源对于荧光碳点的绿色合成来说是意义非凡和令人期待的。报道指出，荧光碳点具有较强耐光漂白性和无闪烁现象，宽激发光谱的特点，并且可实现多重激射，是一种非常好的荧光标记和成像试剂，它的一些应用是非常重要并吸引人的［11－12］。鉴于此，我们指出首次利用何首乌作为碳源水热法制备

水溶性的荧光碳点，并考察了反应条件对合成荧光碳点的影响。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

何首乌，一种蓼科多年生缠绕藤本植物，收集来自当地(中国达州)，用水洗为进一步使用。所有实验用水均为双重蒸馏水。荧光光谱用一个日立F－2700 型FL 分

光光度计(日本，东京)记录。

1.2 荧光碳点合成步骤

在一个典型的水热反应釜中加入0.5 g 何首乌和30 mL 水转移至50 mL 聚四氟乙烯内衬的高压釜中，并在160 ℃下加热3 h。然后将黄色的荧光碳点溶液在8 000

r/m 的转速下离心10 min，过滤除去沉淀后收集上清液。

2 结果与讨论

2.1 何首乌用量的优化

我们首先考察了何首乌的用量对合成荧光碳点的影响。固定溶液总体积为30 mL 时，当加入不同质量的何首乌时，合成出来的荧光碳点的浓度和荧光强度有很大不同。为了比较这四种不同何首乌加入量合成出来的荧光碳点的发光效率，我们将四种荧光碳点溶液稀释至相同浓度后再去表征其荧光光谱。如图1 所示，稀释至相同浓度后的四种荧光碳点溶液中，当何首乌用量为0.5 g 时，得到的稀释后的荧光碳点荧光强度最强，这说明其发光效率比较高，也意味着当加入0.5 g 何首乌后，得到的合成出来的荧光碳点原液发光效果最佳。同时我们也可以发现，四种荧光碳点溶液的荧光最大发射波长均在425 nm附近，何首乌用量加入的多少只影响荧光碳点溶液的荧光强度，不影响荧光最大发射波长的位置。

图1 不同何首乌用量对合成荧光碳点的影响Fig.1 Effect of the amount of polygonum multiflorum on synthesis of fluorescent carbon nanodots

2.2 水热反应时间的优化

水热反应时间对合成荧光碳点也起着至关重要的作用，因此，我们接下来考察了水热反应时间对合成荧光碳点的影响。为了比较不同水热反应时间合成出来的荧光碳点的荧光强度，我们做了四组平行样品，溶液总体积均为30 mL，何首乌加入均为0.5 g 时，分别加热不同时间。如图2 所示，四种不同反应时间得到的荧光碳点溶液的荧光最大发射波长均在425 nm附近。随着时间的延长，得到的荧光碳点的荧光强度逐渐增强，当反应时间为3 h 时，得到的荧光碳点的荧光强度达到最大值，继续延长反应时间，得到的荧光碳点的荧光强度略有降低。因此，我们认为，3 h 为何首乌水热法合成荧光碳点的最佳反应时间。

图2 不同水热反应时间对合成荧光碳点的影响Fig.2 Effect of the reaction time

on synthesis of fluorescent carbon nanodots

2.3 水热反应温度的优化

最后，我们又考察了水热反应温度对合成荧光碳点的影响。同样，我们做了四组平行样品，溶液总体体积为30 mL，何首乌加入均为0.5 g 时，加热时间均为3 h 时，设定不同的加热温度。如图3 所示，四种不同反应温度得到的荧光碳点溶液的荧光最大发射波长均在425 nm 附近。当加热温度为160 ℃时，得到的荧光碳点溶液的荧光强度最大，因此，我们认为，何首乌水热法合成荧光碳点的最佳反应温度为160 ℃。

图3 不同水热反应温度对合成荧光碳点的影响Fig.3 Effect of the reaction temperature on synthesis of fluorescent carbon nanodots

3 结论

本文首次以何首乌作为碳源水热法合成了荧光碳纳米点，我们分别考察了何首乌的用量、反应温度及反应时间对水热法合成过程的影响。在溶液总体积为30 mL 的条件下，何首乌质量为0.5 g、反应时间为3 h、反应温度为160 ℃时得到的的荧光碳点发光性能最佳。该合成方法简单、成本低，合成出的荧光碳点水溶性好，且毒性低，可以预测，这种何首乌合成出来的荧光碳点将作为一种低成本的的荧光纳米材料应用于荧光分析检测和生物成像领域。

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