碳量子点及其制备方法、含碳量子点的膜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于发光材料技术领域，具体涉及碳量子点及其制备方法、含碳量子点的膜材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的碳量子点由五味子提取的多糖，经水热炭化得到；所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团，具有优异的荧光性能；利用所述的碳量子点制备得到的薄膜材料具有优异的室温磷光性能和荧光性能，有机会替代有机室温磷光材料、贵金属及其络合物等有毒原料，因此，具有潜在的应用和推广价值。

【技术实现步骤摘要】
碳量子点及其制备方法、含碳量子点的膜材料及其制备方法和应用
本专利技术属于发光材料
，具体涉及碳量子点及其制备方法、含碳量子点的膜材料及其制备方法和应用。
技术介绍
室温磷光材料对光能具有较好的储能特性，在室温条件下关闭激发光源后，该材料仍能持续一段时间发光，使之在高级防伪、信息加密、生物成像等领域有着巨大的潜在应用。目前的室温磷光材料主要集中在有机金属或贵金属络合物方面，这些材料不仅资源稀缺、价格昂贵，而且对环境有较大的污染，对生物体也有潜在的毒性。为解决上述问题，研究者开发出纯有机室温磷光材料，这类材料相对于有机金属或贵金属而言，价格相对较低，但由于三重激发态和单重激发态间的跃迁过程是自旋禁阻的，所以，若要获得高效的有机室温磷光材料，羰基基团、杂原子或重原子等一些特定分子需要被引进到π共轭分子体系中，例如，含有卤素、芳香杂环等结构的物质就是较为常用的一些特定分子，可见，纯有机室温磷光材料在成本和制备过程方面，仍具有很大的局限性，导致纯有机室温磷光材料的大规模生产和应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳量子点，本专利技术提供的碳量子点不仅具有稳定的发光性能，且生物相容性好、安全、环保，能与聚乙烯醇配合形成具有室温磷光性能的材料。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供了一种碳量子点，由五味子提取的多糖，经水热炭化得到；所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团。优选的，所述碳量子点为类球型，粒径≤10nm。本专利技术提供了上述技术方案所述的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：利用水提醇沉法，得到以五味子为原料提取的多糖；将所述多糖的水溶液进行水热炭化，得到碳量子点。优选的，所述水提醇沉法包括水提和醇沉；所述水提的步骤中，五味子和水的质量比为1:15～30；所述醇沉的步骤中，五味子水提液与醇的体积比为1:3～5。优选的，所述多糖的水溶液中，多糖和水的料液比为(0.1～0.5)g:10mL。优选的，所述水热炭化的温度为140～240℃，水热炭化的时间为4～24h。本专利技术还提供了一种含碳量子点的膜材料，以质量百分含量计，包括20～50％碳量子点和余量的聚乙烯醇；所述碳量子点为上述技术方案所述的碳量子点或上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳量子点。优选的，所述含碳量子点的膜材料的厚度为80～120μm。本专利技术提供了上述技术方案所述的含碳量子点的膜材料的制备方法，包括以下步骤：将碳量子水溶液和聚乙烯醇水溶液混合，得到涂覆料液；将所述涂覆料液涂覆在基体上，得到湿膜；将所述湿膜进行固化，得到含碳量子点的膜材料。本专利技术另提供了上述技术方案所述的含碳量子点的膜材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的含碳量子点的膜材料作为室温磷光材料和荧光材料的应用。本专利技术提供的碳量子点由五味子提取的多糖，经水热炭化得到；所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团，本专利技术以五味子为最初原料，利用五味子提取多糖，所得多糖中含有蛋白质类化合物、糖类化合物和维生素类化合物多种物质，自身既可作为碳源，也可作为氮源。以该多糖为唯一碳源进行水热炭化，无需外源添加任何化合物的情况下，即可得到具有C＝N和C＝O官能团的碳量子点，所得碳量子点具有稳定的荧光性能，且分散性、水溶性和生物相容性好。本专利技术还提供了一种含碳量子点的薄膜材料，该薄膜材料包括碳量子点和聚乙烯醇，碳量子点表面的C＝O、C＝N等官能团，易与聚乙烯醇表面大量的羟基形成氢键，抑制碳量子点表面官能团的非辐射弛豫过程，稳定了三重激发态，而且，聚乙烯醇薄膜具有较低的氧气渗透性，可隔绝氧气对三重激发态的猝灭作用，进而使含碳量子点的薄膜材料具有优异的室温磷光性能，有机会替代有机室温磷光材料、贵金属及其络合物等有毒原料，因此，具有潜在的应用和推广价值。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的碳量子点的TEM图；图2为本专利技术实施例1提供的碳量子点的FTIR图谱；图3为本专利技术实施例1提供的碳量子点的XPS总谱图；图4为本专利技术实施例1提供的碳量子点的光稳定性荧光光谱图；图5为本专利技术实施例1提供的含碳量子点的膜材料的光学谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种碳量子点，由五味子提取的多糖，经水热炭化得到；所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团。本专利技术提供了一种碳量子点，由五味子提取的多糖，经水热炭化得到。在本专利技术中，所述五味子优选包括北五味子和南五味子，更优选为北五味子。本专利技术对所述五味子的含水率、状态以及具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本专利技术所述五味子提取的多糖指未经任何处理的粗多糖，所述多糖中含有蛋白质类化合物、糖类化合物和维生素类化合物，可同时提供碳源和氮源，无需外源添加其他化合物，即可得到具有优异荧光性能和磷光性能的碳量子点，且碳量子点具有优异的生物相容性能。在本专利技术中，所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团，所述官能团更易于与聚乙烯醇表面含有的羟基形成氢键作用，限制碳量子点表面官能团的非辐射弛豫现象，进而有利于室温磷光效应的产生。在本专利技术中，所述碳量子点优选为类球型，所述碳量子点的粒径优选≤10nm。本专利技术所述碳量子点的荧光性能较为稳定，在紫外灯下持续照射2～60min，荧光强度几乎不变。此外，本专利技术提供的碳量子点以五味子提取的多糖为原料，实现了生物质资源的充分利用，并将其与聚乙烯醇(PVA)复合后，得到室温磷光(RTP)材料，使生物质有机会替代有机金属及贵金属等有毒原料，扩大了荧光材料和室温磷光材料的来源。本专利技术提供了上述技术方案所述的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：利用水提醇沉法，得到以五味子为原料提取的多糖；将所述多糖的水溶液进行水热炭化，得到碳量子点。本专利技术利用水提醇沉法，得到以五味子为原料提取的多糖。在本专利技术中，所述水提醇沉法优选包括水提和醇沉两个步骤。在本专利技术中，所述水提醇沉法优选包括以下步骤：将五味子和水混合，回流状态下进行水提，得到五味子水提液；将所述五味子水提液与醇混合，醇沉后得到多糖。本专利技术所述的水提步骤中，五味子和水的质量比优选为1:15～30，更优选为1:17～28，再优选为1:20～25；所述水优选为蒸馏水。本专利技术对水提时物料体系的温度没有特殊要求，能使物料体系中的溶剂处于回流状态即可。在本专利技术中，所述水提的时间优选为2～10h，更优选为3～9h，再优选为4～8h。在本专利技术中，水提完成后，优选将水提后的物料进行降温，待温度降低至室温后，优选对水提后的物料进行过滤，以得到五味子水提液。得到五味子水提液后，本专利技术优选将所述五味子水提液与醇混合，醇沉后得到多糖。在本专利技术中，所述醇优选为乙醇，更优选为无水乙醇；所述五味子水提液与醇的体积比优选为1:3～5，更优选为1:3.5～4.5，再优选为1:4；所述五味子水提液直接由上述水提步骤所得物料过滤得到，所述五味子水提液浓度由五味子和水的用量，以及提取效率决定，此处不进行浓度限定。在本专利技术中，为使五味子水提液中的多糖充分析出，上述沉淀过程优选在室温条件下进行，所述沉淀的时间优选为3～24h，更优选为6～12h。在本专利技术中，所处醇沉过程中，若多糖析出较少，可用玻璃棒摩擦盛放五味子水提液的容器侧壁，以促进多糖晶种的产生；所述摩擦的时间优选为20min。醇沉后，本专利技术优选对醇沉后的物料进行固液分离，得到多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳量子点，由五味子提取的多糖，经水热炭化得到；所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团。

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点，由五味子提取的多糖，经水热炭化得到；所述碳量子点包括C＝N和C＝O官能团。2.如权利要求1所述的碳量子点，其特征在于，所述碳量子点为类球型，粒径≤10nm。3.权利要求1或2所述的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：利用水提醇沉法，得到以五味子为原料提取的多糖；将所述多糖的水溶液进行水热炭化，得到碳量子点。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水提醇沉法包括水提和醇沉；所述水提的步骤中，五味子和水的质量比为1:15～30；所述醇沉的步骤中，五味子水提液与醇的体积比为1:3～5。5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述多糖的水溶液中，多糖和水的料液比为(0.1～0.5)g:10mL。6.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，刘守新，吴雪云，刘禹杉，马春慧，罗沙，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23