一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法。该制备方法为：以蔗糖为碳源，将蔗糖水溶液的pH调至碱性，插入工作电极，大力搅拌下，施加电压，反应，得产物溶液；收集产物溶液，将盐析出，得碳量子点溶液；将碳量子点溶液真空冷冻干燥，得粉状固体，所述粉状固体即具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点。该方法在水溶液体系，以蔗糖为碳源，采用电化学方法，可通过控制反应中加入不同的表面钝化剂来调控碳量子点的荧光和电致发光性能。且无须复杂的后续修饰处理便可得到同时具备优良电致发光和荧光的碳量子点。因此所制备的碳量子点可在荧光领域和电致发光领域都有极大的应用价值，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碳材料
，具体涉及一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法。
技术介绍
碳量子点(Carbonquantumdots，CQDs)作为碳纳米材料家族的一个闪耀的新星已经受到广泛的研究和应用。与半导体量子点和传统的有机染料相比，CQDs具有极好的光学性质，无光漂白，克服了有机染料发光不稳定，易光漂白的缺点，同时弥补了半导体量子点毒性大的缺点，具有细胞毒性低和生物兼容性好，而且具有易于实现表面功能化的优势。特别是，碳量子点具有独特的光致发光和电致发光性能使其在生物传感器，生物成像，药物运输，光热治疗和光电材料等领域都表现出了巨大的应用价值。目前，大多数研究都集中在发展荧光碳量子点的合成方法，主要包括水热法，微波辐射法，电弧放电法、激光刻蚀法、化学氧化法、超声处理和电化学法。其中，水热法和微波法制备碳量子点是被应用最为广泛的方法，尤其是以各种有机小分子(柠檬酸、葡萄糖、氨基酸等)为碳源，采用水热法制备荧光碳量子点的研究最为广泛。水热法制备的荧光碳量子点的产率比较高，但需要高温高压的反应条件，且耗时长，成本高。而微波辐射法比较简单、制备的量也比较大。但是合成的碳量子点与原料分离比较困难，且需要特殊的反应装置。此外，近年来，有少数文献报道制备的碳量子点具有电致发光性能，如Zhu等人曾利用微波法合成了具有电致发光的荧光碳量子点(ZhuH,etal.[J].ChemCommun(Camb),2009,34:5118-5120)。Wang等人曾利用高能磨球技术研磨活性炭和KOH的混合物，硝酸中和后再在硼氢化钠溶液中，90℃条件下回流6小时，透析纯化得到同时具有电致发光和光致发光的碳量子点(WangL,etal.[J].Carbon,2015,94:472-478)。以上方法制备同时具有电致发光和光致发光的碳量子点，都需要特殊的仪器设备，且操作繁琐复杂。因此发展一种方便简便的方法制备同时具有电致发光和光致发光的碳量子点具有重要意义。近来，由于电化学法具有操作灵活、简便，制备成本低等优点，利用电化学氧化法制备碳量子点也逐渐成为研究热点。电化学法制备碳纳米粒子，常见的是以离子液体或有机溶剂辅助电解导电的碳素材料，在一定的电流或者电势下，通过阳极发生氧化，从而使得碳纳米颗粒从工作电极极上剥落下来。如Zhou等曾以四丁铵高氯酸盐的乙腈溶液为支持电解质，利用电化学氧化高纯石墨棒合成能够发射蓝色荧光的碳纳米粒子(ZhouJ,etal.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2007,129(4):744-745)。该方法整个制备过程是在有机溶剂中进行的，并且相对复杂，不适合大规模制备碳纳米粒子。近来有研究表明，可以电碳化有机小分子制备荧光碳量子点。如Deng等人将碳材料电极替换成大表面积的铂片电极，电解加入NaOH乙醇溶液，通过电压的调节得到了不同尺寸具有蓝色荧光性质的碳量子点(DengJ,etal.[J].Chemistry,2014,20(17):4993-4999)。随后Wang等人以铂丝为电极电解小分子有机物甘氨酸也得到了具有良好荧光性质的碳量子点(WangC-I,etal.[J].GreenChemistry,2014,16(5):2509)。以上方法都需要特殊的反应介质，且所制备的碳量子点都只展现荧光特性。而以小分子物质为碳源，在水溶体系采用电化学方法制备同时具有电致发光和荧光特性的碳量子点还未见报道。研究表明，碳量子点的电致发光和光致发光性质受其表面性能的影响，如：其表面钝化剂、表面缺陷、表面基团等。此外，通过调控碳量子点的表面化学修饰可以改善碳量子点的电致发光性能，如表面修饰功能化分子或者金属或非金属参杂。如Dong等人水热法制备具有电致发光的C-dots，而在其表面修饰上表面钝化剂后其电致发光和光致发光减弱(DongY,etal.[J].Carbon,2012,50(8):2810-2815)。而Wu等人用Ag表面钝化处理后使C-dots的电致发光性能显著增强(WuL,etal.[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2013,186(761-767))。然而，表面处理对C-dots的荧光性能的改变，特别是对C-dots电致发光性能的改变的机理目前为止尚未明确。为此，寻找更为绿色、简便的合成方法，用更为廉价的碳源，在水溶液体温和系利用表面钝化来制备可调控荧光性能和电化学发光性能的碳量子，拓展碳量子点在荧光和电致发光领域的应用具有更要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法。该方法是一种在温和水溶液体系电化学制备具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的简易方法。以蔗糖为碳源，在电化学反应的过程中加入表面钝化剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)可以有效调控量子点的荧光和电致发光性能。本专利技术的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点。本专利技术的另一目的在于提供上述具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法，为电化学恒电位方法，包括如下步骤：(1)以蔗糖为碳源，将蔗糖水溶液的pH调至碱性，插入工作电极，大力搅拌下，施加电压，反应，得产物溶液；(2)收集产物溶液，将盐析出，得碳量子点溶液；(3)将碳量子点溶液真空干燥，得粉状固体，所述粉状固体即具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点。为了更好的实现本专利技术，所述的蔗糖水溶液中还可加入表面钝化剂。所述的表面钝化剂优选为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)中的至少一种。所述的蔗糖与表面钝化剂的质量比为(3～40)：1。所述的蔗糖水溶液中加入CTAB作为表面钝化剂，改善碳量子点的荧光特性，得到具有极佳荧光性质的碳量子点。所述的蔗糖水溶液中加入PEG作为表面钝化剂，改善碳量子点的荧光和电致发光特性，得到具有优良电致发光性能的碳量子点。所述的蔗糖水溶液中加入PVP作为表面钝化剂，改善碳量子点的荧光和电致发光特性，获得同时具有优良电致发光和光致发光的碳量子点。步骤(1)中所述的蔗糖水溶液中蔗糖的浓度为0.01～0.15g/mL；优选为0.02～0.08g/mL。步骤(1)中所述的pH调至碱性优选为pH调至8～12。步骤(1)中所述的工作电极优选为铂片电极和对电极铂网电极。所述的工作电极为大面积的铂片电极(3×3cm2)，对电极为铂网电极(3×3cm2)。步骤(1)中所述的电压为4～10伏电压；优选为4～8伏电压。步骤(1)中所述的反应的时间为1～5个小时；优选为1.5～4个小时。步骤(1)中所述的反应为在20～60℃水浴条件下反应；优选为45～50℃。步骤(2)中所述的将盐析出优选是采用3000Da透析膜在纯水中透析以除去残余的盐类。步骤(3)中所述的真空干燥优选为真空冷冻干燥。一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点，通过上述制备方法制备得到。所述的具有可调控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以蔗糖为碳源，将蔗糖水溶液的pH调至碱性，插入工作电极，大力搅拌下，施加电压，反应，得产物溶液；(2)收集产物溶液，将盐析出，得碳量子点溶液；(3)将碳量子点溶液真空干燥，得粉状固体，所述粉状固体即具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以蔗糖为碳源，将蔗糖水溶液的pH调至碱性，插入工作电极，大力搅拌下，施加电压，反应，得产物溶液；(2)收集产物溶液，将盐析出，得碳量子点溶液；(3)将碳量子点溶液真空干燥，得粉状固体，所述粉状固体即具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点。2.根据权利要求1所述的具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述的蔗糖水溶液中加入表面钝化剂。3.根据权利要求2所述的具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述的表面钝化剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚吡咯烷酮和聚乙二醇中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述的蔗糖与表面钝化剂的质量比为(3～40)：1。5.根据权利要求1～3任一项所述的具有可调控电致发光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨培慧，赖志强，朱明瑶，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44