微波法合成碳量子點條件探索

鄧鵬俊,張海容

(忻州師范學院化學系,山西 忻州 034000)

相對于金屬量子點而言，CDs無毒，對環境的危害小，造價便宜，因而合成CDs便成為一種研究熱點[1-2]，而微波合成法[1]是一種通過微波加熱來實現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，它能在短時間內迅速使CDs前體發生碳化、裂解從而達到快速制備的目的因而被廣泛應用。在本實驗中采用了丙三醇廉價無毒的藥品，以聚乙二醇-200為修飾劑合成CDs，合成的CDs具有穩定熒光特性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

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

丙三醇 99.0% (天津市化學試劑三廠)；聚乙二醇-200(天津市光復精細化工研究所)；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，國藥集團化學試劑有限公司)；鹽酸(分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司)；硫酸奎寧(國藥集團化學試劑有限公司)；濃硫酸(天津市化學試劑三廠)。

1.2 實驗方法

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間進行加熱，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，測定熒光強度，設定激發為334nm，發射在430nm左右，激發和發射的狹縫寬度均為5nm，掃描速度為1200nm/min。

1.3 熒光量子產率測定

2 結果與討論

2.1 CDs制備條件的優化

2.1.1 最佳微波功率選擇

圖1 功率對CDs的影響

按實驗方法用丙三醇3mL,聚乙二醇-200 1 mL，在微波爐中加熱，固定時間為2min，調節功率20%，40%，60%，80%，90%，100%(100%時的功率為650W)，將反應后的溶液定容到25mL，測熒光強度。如圖1所示。功率為100%(即功率為650W時)，合成的CDs的熒光強度最高。因此，本試驗將650W設為制備熒光量子點的最佳功率。

2.1.2 最佳時間的選擇

取丙三醇3mL,聚乙二醇-200 1mL，在微波爐中加熱，固定功率為650W，調節時間120s，130s，150s，170s，190s,將反應后的溶液定容到25mL，測定熒光強度。如圖2所示：測得150秒時合成的CDs的熒光強度最高。因此，選擇150s為制備熒光量子點的最佳時間。

圖2 時間對CDs的影響

2.1.3 最佳丙三醇與聚乙二醇的比例的選擇

調節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，固定時間為2min，功率為650W(定容到25mL)。測定熒光強度。如圖3所示：測得V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)為3∶1時合成的CDs的熒光強度最高。因此，本試驗將V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)為3∶1固定為制備熒光量子點的最佳比例。

圖3 丙三醇(GI)與聚乙二醇(PEG)的比例對CDs性質的影響

2.2 熒光性質測定

在優化條件下(功率650W，時間150s，V(丙三醇)∶V(聚乙二醇-200)為3∶1)制備CDs,其熒光激發和發射如圖4所示。熒光光譜的激發和發射分別為：λex=360 nm、 λem=430nm。實驗表明，微波法合成量子點為分析應用提供了新型發光探針。

圖4 量子點熒光激發和發射

2.3 CDs穩定性

將合成的CDs在室溫下保存1,2,3,4,5天，測熒光強度。結果如圖5所示；測得合成的CDs在室溫下儲存其熒光強度基本保持不變。

圖5 探究CQs的穩定性

2.4 酸堿性對該CDs發光性質的影響

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度如圖6所示，結果表明酸堿性對該CDs發光性質影響很小，不需要酸堿控制量子點溶液，即可用于熒光測定。

圖6 酸堿性對CQs的影響

2.5 CDs熒光量子產率

按照實驗方法，分別測定微波合成的CDs的積分熒光強度為72614.2，吸光度為0.050。測得標準液硫酸奎寧的積分熒光強度為209672.5，吸光度為0.039。在合成的CDs的濃度為5.8×10-1mol/L時，計算得到CDs熒光量子產率為24.42%。

3 結論

本實驗采用一種工藝簡單、成本低廉且綠色環保的反應路徑，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，通過發光性質測定，熒光量子產率可達24.42%；無論是從儲存還是應用方面來說，合成的該CDs在室溫下以及酸、堿環境中均相對穩定。實驗表明，微波法合成量子點簡便快速，為分析應用提供了新型發光探針。