一种碳量子点及其磷光复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳量子点及其磷光复合材料的制备方法，所述碳量子点为苯胺类单体，如3，5‑二氨基苯甲酸、2，4‑二氨基苯磺酸，2，6‑二氨基甲苯，在室温条件下合成；所述复合材料为得到的水溶性碳量子点和亲水性聚合物，如聚丙烯酸，聚丙烯酸钠，聚丙烯酰胺，聚马来酸酐，聚马来酸，聚苯乙烯磺酸钠复合而成。本发明专利技术的制备工艺简单，原料易得，成本低，无毒环保。本发明专利技术的碳量子点多样，具有荧光量子效率高、水溶性好等优点，磷光复合材料多样，室温下磷光寿命长，磷光性能优异，在防伪、显示、生物和化学检测等领域有着巨大的应用前景。

Preparation of a Carbon Quantum Dot and Its Phosphorescent Composites

The invention discloses a preparation method of carbon quantum dots and their phosphorescent composites. The carbon quantum dots are aniline monomers, such as 3,5_diaminobenzoic acid, 2,4_diaminobenzenesulfonic acid, 2,6_diaminotoluene, which are synthesized at room temperature. The composites are water-soluble carbon quantum dots and hydrophilic polymers, such as polyacrylic acid, sodium polyacrylate and polypropylene. Alkylamide, polymaleic anhydride, polymaleic acid and sodium polystyrene sulfonate are compounded. The preparation process of the invention is simple, the raw material is easy to obtain, the cost is low, and the preparation process is non-toxic and environmentally friendly. The carbon quantum dots of the invention have the advantages of high fluorescence quantum efficiency, good water solubility, diversified phosphorescent composite materials, Long Phosphorescent life at room temperature, excellent phosphorescent properties, and have great application prospects in the fields of anti-counterfeiting, display, biological and chemical detection.

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点及其磷光复合材料的制备方法
本专利技术涉及发光碳纳米材料制备方法，特别涉及一种碳量子点及其磷光复合材料的制备方法。
技术介绍
磷光复合材料在光电器件，防伪技术，生物化学检测等领域都有着广泛的应用。现阶段主要的磷光复合材料集中在无机化合物和金属配合物，虽然这些材料具有较高的磷光效率和较长的磷光弛豫时间，但是往往需要复杂的制备条件和合成工艺，成本较高，生物相容性较差，材料种类单一。碳量子点，是一种新兴碳纳米材料，但现有的碳量子点荧光量子效率不理想，水溶性差，用其制备出的磷光复合材料磷光性能不够好，寿命短。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的是提供一种碳量子点的制备方法，该方法简单易行，制备出的碳量子点多样，具有荧光量子效率高、水溶性好等优点。本专利技术的另一目的是提供一种磷光复合材料的制备方法，该方法制备得到的磷光复合材料多样，室温下磷光寿命长，磷光性能优异。技术方案：本专利技术提供一种碳量子点及其磷光复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)碳量子点的制备：将溶剂A和热处理后的四氢呋喃混合形成混合溶剂，将单体溶解在所述混合溶剂中，再加入酸，混合均匀，在搅拌下条件下进行室温反应，所述单体为3，5-二氨基苯甲酸、2，4-二氨基苯磺酸或2，6-二氨基甲苯中的一种，所述溶剂A为水、甲醇或乙醇；(2)碳量子点的纯化：对步骤(1)反应后的溶液进行浓缩，柱层析，除去多余的杂质和未反应原料，冻干，即可。进一步地，所述步骤(1)中单体浓度为0.1～10mg/mL。进一步地，所述步骤(1)中热处理方法为将四氢呋喃置于聚四氟乙烯的水热釜中，120～180℃下反应120～180min。进一步地，所述步骤(1)中溶剂A和热处理后的四氢呋喃的体积比为0～2∶1～9。进一步地，所述步骤(1)中的酸为盐酸、硫酸、磷酸或丁二酸。进一步地，所述步骤(1)中酸的体积分数为0.001％～0.01％。一种磷光复合材料的制备方法，将所述碳量子点固体粉末分散在水中，将水溶液加入聚合物溶液中，所得混合溶液经过烘干或冻干即可。进一步地，所述碳量子点固体粉末在磷光复合材料中的质量分数为0.02％～5％。进一步地，所述聚合物溶液为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚马来酸酐、聚马来酸或聚苯乙烯磺酸钠中一种或两种的混合溶液。根据所述碳量子点制备磷光复合材料的方法，将所述纯化后的碳量子点分散在水中，将水溶液加入聚合物溶液中，所得混合溶液经过烘干或冻干即可。进一步地，所述碳量子点固体粉末在磷光复合材料中的质量分数为0.02％～5％。进一步地，所述聚合物溶液为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚马来酸酐、聚马来酸或聚苯乙烯磺酸钠中一种或两种的混合溶液。上述技术方案以苯胺类单体为原料，室温下一步合成了碳量子点，将经过分离纯化后的碳量子点与聚合物基质进行物理共混，烘干或冻干后得到碳量子点基室温磷光复合材料。通过调节碳量子点单体的种类和与其复合的聚合物基质，可以获得一系列具有不同的磷光性质的复合材料，具有优异的光学和化学性能，同时易制备易修饰，具有良好的生物相容性。该磷光复合材料由于碳量子点表面的氨基等基团和基质产生很强的氢键作用，聚合物基质形成了很强的刚性环境，在抑制各种非辐射跃迁的同时阻隔水和氧气，从而获得室温磷光发射。有益效果：本专利技术碳量子点制备过程中单体可调节性大，通过更换单体的官能团，可以制备出不同的碳量子点；本专利技术碳量子点的荧光量子效率高，在水中溶解性好，可以制得一系列室温磷光材料，该材料具有优异的室温磷光性能，室温下磷光寿命在百毫秒到秒级，撤去光源后余晖长达数秒；本专利技术磷光复合材料在防伪、生物成像及光电器件等领域都具有重要的应用价值。本专利技术制备方法简单易行，原料易得，不需要苛刻的反应条件，能耗低，成本低，该体系设计性强，可调节性大。附图说明图1：a)为实施例1碳量子点在透射电子显微镜(TEM)照片；b)为实施例1碳量子点粒径尺寸统计图；图2：实施例1碳量子点水溶液的3D荧光光谱图；图3：实施例1磷光复合材料在420nm激发波长下的磷光发射光谱图；图4：实施例1磷光复合材料在420nm激发波长下的磷光衰减曲线；图5：实施例1碳量子点的水溶液的实物照片：a)日光下；b)365nm紫外灯下；图6：实施例1磷光复合材料在420nm紫外灯激发下和撤去紫外灯后的实物照片；图7：本专利技术碳量子点及其磷光复合材料的制备方法示意图。具体实施方式仪器与试剂透射电子显微镜(JEM-1011，JEOL，Japan)；紫外吸收光谱(UV-1800，Mapada，China)；红外光谱(Vector-22spectrometer，Bruker)；荧光光谱，磷光光谱，磷光衰减曲线(HORIBAScientific，Japan)。实施例中所用试剂购买自国药集团化学试剂有限公司(SinopharmChemicalReagentCo.，Ltd.)。实施例1(1)碳量子点的制备四氢呋喃热处理：取180ml四氢呋喃于聚四氟乙烯水热釜中，120℃反应120min。称取20mg3，5-二氨基苯甲酸，将其溶解在体积比为1∶1的热处理后的四氢呋喃和水的混合溶剂中，制得单体浓度为0.1mg/mL的混合溶液。加入体积分数为0.01％的盐酸，充分混合均匀。将该混合溶液在室温下搅拌反应72h。随后对上述溶液进行浓缩，通过柱层析来除去多余的杂质和未反应的原料。最后，通过冻干得到碳量子点的固体粉末。(2)磷光复合材料的制备将制得的碳量子点以0.02％的质量分数加入聚丙烯酸水溶液中，所得产物经过冻干即可得到碳量子点基室温磷光复合材料。图1中透射电子显微镜(TEM)表明制得的碳量子点尺寸均一，约为3nm。图2的3D荧光光谱表明碳量子点的水溶液的荧光发射中心在510nm，从图5的实物图中可以看到在365nm紫外灯激发下，碳量子点水溶液有明显的黄绿色荧光。碳量子点基室温磷光复合材料在420nm的激发光激发后，在510nm有明显的磷光发射(图3)，磷光衰减曲线(图4)拟合后得到该材料的平均磷光寿命约为500ms，从图6的实物照片中可以看到，在420nm紫外灯撤去后，碳量子点基室温磷光复合材料的余晖持续数秒。图7为碳量子点及其磷光复合材料的制备方法示意图。实施例2(1)碳量子点的制备四氢呋喃热处理：取180ml四氢呋喃于聚四氟乙烯水热釜中，130℃反应150min。称取20mg3，5-二氨基苯甲酸，将其溶解在热处理后的四氢呋喃中，制得单体浓度为5mg/mL的混合溶液。加入体积分数为0.01％的硫酸，充分混合均匀。将该混合溶液在室温下搅拌反应24h。随后对上述溶液进行浓缩，通过柱层析来除去多余的杂质和未反应的原料。最后，通过冻干得到碳量子点的固体粉末。(2)磷光复合材料的制备将制得的碳量子点以0.2％的质量分数加入聚丙烯酰胺水溶液中，所得产物经过120℃烘干即可得到碳量子点基室温磷光复合材料。实施例3(1)碳量子点的制备四氢呋喃热处理：取180ml四氢呋喃于聚四氟乙烯水热釜中，120℃反应120min。称取20mg2，4-二氨基苯磺酸，将其溶解在体积比为5∶1的热处理后的四氢呋喃和甲醇的混合溶剂中，制得单体浓度为1mg/mL的混合溶液。加入体积分数为0.001％的磷酸，充分混合均匀。将该混合溶液在室温下搅拌反应96h。随后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳量子点的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)碳量子点的制备：将溶剂A和热处理后的四氢呋喃混合形成混合溶剂，将单体溶解在所述混合溶剂中，再加入酸，混合均匀，在搅拌条件下进行室温反应，所述单体为3，5‑二氨基苯甲酸、2，4‑二氨基苯磺酸或2，6‑二氨基甲苯，所述溶剂A为水、甲醇或乙醇；(2)碳量子点的纯化：对步骤(1)反应后的溶液进行浓缩、柱层析，除去多余的杂质和未反应原料，冻干，即可。

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)碳量子点的制备：将溶剂A和热处理后的四氢呋喃混合形成混合溶剂，将单体溶解在所述混合溶剂中，再加入酸，混合均匀，在搅拌条件下进行室温反应，所述单体为3，5-二氨基苯甲酸、2，4-二氨基苯磺酸或2，6-二氨基甲苯，所述溶剂A为水、甲醇或乙醇；(2)碳量子点的纯化：对步骤(1)反应后的溶液进行浓缩、柱层析，除去多余的杂质和未反应原料，冻干，即可。2.根据权利要求1所述的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中单体浓度为0.1～10mg/mL。3.根据权利要求1所述的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中热处理方法为将四氢呋喃置于聚四氟乙烯的水热釜中，120～180℃下反应120～180min。4.根据权利要求1所述的碳量子点的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：袭锴，苟慧琳，刘彦峰，黄新，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32