一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法。本发明专利技术利用一步热解法制备了咪唑离子液体修饰的水溶性碳量子点，将其与阴离子为双(三氟甲烷磺酰)亚胺离子(N(CF3SO2)2‑,简记为NTf2‑)或六氟磷酸离子(PF6‑)的疏水性离子液体混合，通过一步协同相转移和离子交换，得到含碳量子点的发光离子液体。该碳量子点/离子液体复合体系可用作多用途光致发光墨水，应用于毛笔、钢笔、圆珠笔、中性笔和印章中。由于离子液体不易挥发且具有良好的化学稳定性和热稳定性，而碳量子点具有稳定的光致发光性质和良好的生物相容性，因此跟已有的光致发光墨水相比，本发明专利技术所述离子液体作为墨水具有环境友好、抗高温等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法，属于新材料领域。
技术介绍
碳量子点一般指的是尺寸小于10 nm，具有准球形结构，能稳定发光的一种纳米碳。碳量子点作为碳纳米材料家族的一颗新星，具有良好的水溶性，很高的发光稳定性，无光漂白。与传统的有机染料及半导体量子点相比，碳量子点克服了有机染料发光不稳定，易光漂白的缺点，克服了半导体量子点生物相容性低和具有较强的细胞毒性等缺点，并且易于实现表面功能化，因此在生化传感、细胞成像、环境监测、重金属检测、光催化技术及药物载体等领域具有很好的应用前景(X. Y. Xu, R. Ray, Y. L. Gu, et al. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 12736-12737; Y. P. Sun, B. Zhou, Y. Lin, et al. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 7756-7757; Lim, S. Y.; Shen, W.; Gao, Z. Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 362-381)。离子液体是一类由体积相对较大的阳离子与阴离子构成的低温熔融盐，具有较好的化学和热稳定性，低挥发性，不可燃等诸多优点，被称为分子可设计、性质可调的“绿色溶剂”。离子液体中常见的亲水阴离子有Cl-、Br-、NO3-等，疏水阴离子有[CF3SO3]-、[PF6]-、N[CF3SO2]2-等(Niedermeyer H, Hallett J P, Villar-Garcia I J, et al. Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 7780-7802)。离子液体可通过阴离子交换实现其亲疏水性的变换。所以我们利用这一性质，经过阴离子交换后，碳量子点通过相转移，由水相转移到疏水离子液体中，从而将两种绿色材料“碳量子点”和“离子液体”的优点进行了有机结合，制备了荧光离子液体，将其应用到光致发光墨水中。
技术实现思路
为了解决现有碳量子点领域缺乏简单可行的制备含有碳量子点的荧光离子液体并将其应用到光致发光墨水的方法，本专利技术提供了一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法。该方法操作简单，所制备的荧光离子液体荧光量子产率比碳量子点水溶液高。一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法，其特征在于具体步骤如下：① 将柠檬酸和氨基咪唑溴盐超声分散于超纯水中，搅拌加热蒸馏除去超纯水得到胶状物；②将胶状物在210~270℃搅拌热解1~4小时，待反应液冷至室温后加入超纯水并将该分散液置于1000Da透析袋中透析，每天换水，透析一周，透析完毕后即得咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点；③将所述咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点水溶液与疏水性离子液体混合，震荡以使碳量子点从水相转移至离子液体，从而得到含碳量子点的光致发光离子液体。所述柠檬酸与氨基咪唑溴盐的摩尔比为1:1~1:5。所述咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点水溶液与疏水性离子液体的体积比为0.5:2~4:2。所述咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点水溶液的浓度为0.1~2.0mg/mL。所述疏水性离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。本专利技术的技术要点有以下两个方面：(1) 咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点的制备；(2) 通过简单的相转移制备了含有碳量子点的荧光离子液体，并且荧光量子产率有了明显的提高。本专利技术的突出特色是：1) 制备方法简单可行、可设计性强、易于规模化；2) 提供了一种制备油溶性碳量子点的简单方法；3) 提供了一种提高碳量子点荧光量子产率的简单方法；4) 将两种绿色材料“碳量子点”和“离子液体”的优点进行了有机结合，制备了荧光离子液体，并将其应用到光致发光墨水中。本专利技术的优势在于，利用一步热解法制备了咪唑离子液体修饰的碳量子点，不仅增强了碳量子点的水溶性，而且可以通过对表面离子液体的阴离子进行置换来调节碳量子点的亲疏水性。与一类离子液体修饰碳量子点的制备方法(申请号：201410348124.9)相比，我们做了以下改进：1) 除水方式，由旋蒸变成蒸馏，除水更加彻底；2) 摘除了回流装置，操作更加简便，热解温度更易调节；3）通过相转移成功地将碳量子点转移到离子液体中，且碳量子点的荧光量子产率有了明显提高。附图说明图1为咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点的合成路线。图2为实施例2得到的碳量子点高分辨透射电子显微镜照片及粒径分布图。图3为实施例2得到的碳量子点在不同激发波长下的荧光发射谱图，插图为其在日光(a)和激发波长为365nm的紫外灯(b)下的样品照片。图4为实施例9中碳量子点由水相转移到离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐间中的照片(A®B)和碳量子点在离子液体中的温敏性(B«C)。图5为实施例16中用含碳量子点的荧光离子液体灌入到中性笔笔芯中代替传统的笔油，在滤纸上写荧光字的照片(左：白光，中：激发波长为254nm的紫外灯，右：激发波长为365nm的紫外灯)。图6为实施例19中用含碳量子点的荧光离子液体代替传统的印泥，在滤纸上盖出荧光章的照片(左：白光，中：激发波长为254nm的紫外灯，右：激发波长为365nm的紫外灯)。具体实施方式1. 咪唑类离子液体修饰的、阴离子为Br-的水溶性碳量子点的制备方法实施例1按柠檬酸和1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐摩尔比为1:1(即1g柠檬酸+1.05g 1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐)超声分散于25mL超纯水中，将以上混合物在油浴锅中搅拌加热蒸馏，除去超纯水得到胶状物。240°C高温热解2小时，将反应液自然冷至室温，加入25mL超纯水并将该分散液置于1000Da透析袋中透析，透析袋外每天换超纯水，从而得到离子液修饰的、阴离子为Br-的水溶性碳量子点，其荧光量子产率Φ=6.16%。实施例2在实施例1的基础上，将柠檬酸与1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐的摩尔比改为1:3(即1g柠檬酸+3.15g 1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐)，其它条件不变，所得到的碳量子点荧光量子产率Φ=10.63%。实施例3在实施例1的基础上，将柠檬酸与1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐的摩尔比改为1:5(即1g柠檬酸+5.25g 1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐)，其它条件不变，所得到的碳量子点荧光量子产率Φ=6.28%。实施例4在实施例2的基础上，将热解温度提高至270°C，其它条件不变，所得到的碳量子点荧光量子产率Φ=1.51%。实施例5在实施例2的基础上，将热解温度降低至210°C，其它条件不变，所得到的碳量子点荧光量子产率Φ=6.11%。实施例6在实施例2的基础上，将热解时间增加至3小时，其它条件不变，所得到的碳量子点荧光量子产率Φ=7.39%。实施例7在实施例2的基础上，将热解时间增加至4小时，其它条件不变，所得到的碳量子点荧光量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法，其特征在于具体步骤如下：① 将柠檬酸和氨基咪唑溴盐超声分散于超纯水中，搅拌加热蒸馏除去超纯水得到胶状物；②将胶状物在210~270℃搅拌热解1~4小时，待反应液冷至室温后加入超纯水并将该分散液置于1000Da透析袋中透析，每天换水，透析一周，透析完毕后即得咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br‑的水溶性碳量子点；③将所述咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br‑的水溶性碳量子点水溶液与疏水性离子液体混合，震荡以使碳量子点从水相转移至离子液体，从而得到含碳量子点的光致发光离子液体。

【技术特征摘要】
1.一种含碳量子点的光致发光离子液体的制备方法，其特征在于具体步骤如下：① 将柠檬酸和氨基咪唑溴盐超声分散于超纯水中，搅拌加热蒸馏除去超纯水得到胶状物；②将胶状物在210~270℃搅拌热解1~4小时，待反应液冷至室温后加入超纯水并将该分散液置于1000Da透析袋中透析，每天换水，透析一周，透析完毕后即得咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点；③将所述咪唑类离子液体修饰的阴离子为Br-的水溶性碳量子点水溶液与疏水性离子液体混合，震荡以使碳量子点从水相转移至离子液体，从而得到含碳量子点的光致发光离子液体。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述柠檬酸与氨基咪唑溴盐的摩尔比为1:1~1:5。3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪光，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62