一种可见区全谱段发光可调碳纳米点及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可见区全谱段发光可调碳纳米点的制备方法，包括以下步骤：将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中进行溶剂热反应，得到碳纳米点；所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水；所述水和与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种的混合比例为0～100％；所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％。本发明专利技术在溶剂热条件下，通过调节水和与之能互溶的质子性溶剂及非质子性溶剂的混合比例，可以制备出可见区全谱段发光可调碳纳米点。解决了碳纳米点发光带隙难以调控的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种可见区全谱段发光可调碳纳米点及其制备方法。
技术介绍
碳纳米点(Carbondots,CDots)是一种新型发光的碳纳米材料，其因具有荧光稳定性高、无光闪烁、激发光谱宽而连续、发射波长可调谐、生物相容性好、毒性低等优点，被视为有机染料和半导体量子点的潜在替代品。然而目前已经大多数碳点荧光发射集中在蓝光和绿光波段，然而黄光和红光波段的高效发光仍然难以实现。由于其发光机理尚不明确，还不清楚如何调控碳点的发光带隙。现有技术是通过柱层析的方法被动地分离获得可见区范围内多色荧光碳点，然而，还没有明确的制备方法调节碳纳米点在可见区全谱段范围内的荧光发射。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种可见区全谱段发光可调碳纳米点及其制备方法，本专利技术提供的制备方法可以制备得到可见区全谱段发光可调碳纳米点。本专利技术提供了一种可见区全谱段发光可调碳纳米点的制备方法，包括以下步骤：将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中进行溶剂热反应，得到碳纳米点；所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水；所述与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种和水的混合比例为0～100％；所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％。优选的，所述与水互溶的质子性溶剂选自含羟基的有机溶剂或含羧基的有机溶剂。优选的，所述与水互溶的质子性溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、乙酸和草酸中的一种或多种；优选的，所述与水互溶的非质子性溶剂选自二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种。优选的，所述与水互溶的非质子性溶剂选自DMSO和/或DMF。优选的，所述反应溶剂选自水与DMF形成的反应溶剂，水与DMSO形成的反应溶剂，DMSO、DMF与水形成的反应溶剂，水与甘油形成的反应溶剂，甘油和DMF与水形成的反应溶剂或者甘油、乙酸、DMSO和DMF中的一种或多种与水形成的反应溶剂。优选的，所述柠檬酸与尿素的质量比为1：(1～3)。优选的，所述溶剂热反应的温度为120～200℃，所述溶剂热反应的时间为2～8小时。优选的，在进行溶剂热反应之后，还包括将所述反应产物进行洗涤和干燥。本专利技术还提供了一种如上述制备方法制备得到的可见区全谱段发光可调碳纳米点。与现有技术相比，本专利技术提供了一种可见区全谱段发光可调碳纳米点的制备方法，包括以下步骤：将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中进行溶剂热反应，得到碳纳米点；所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水；所述水和与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种的混合比例为0～100％；所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％。本专利技术在溶剂热条件下，通过调节水和与之能互溶的质子性溶剂及非质子性溶剂的混合比例，可以制备出可见区全谱段发光可调碳纳米点。解决了碳纳米点发光带隙难以调控的问题。附图说明图1为实施例16制备的荧光纳米碳点在日光(上)及紫外光(下)条件下的光学照片；图2为实施例16制备得到的荧光碳纳米点的原溶液在365纳米激发下的荧光光谱；图3为实施例16制备的荧光碳纳米点CDot1、CDot4和CDot7的透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片及其粒径统计直方图；图4为实施例16中制备的碳纳米点CDot4的原子力显微照片(AFM)；图5为实施例16制备的纳米碳点CDot1、CDot4和CDot7的X射线光电子能谱分析(XPS)图；图6为实施例16制备的荧光碳纳米点水溶液的吸收光谱和最优发射光谱。具体实施方式本专利技术提供了一种可见区全谱段发光可调碳纳米点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中进行溶剂热反应，得到碳纳米点；所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水；所述与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种和水的混合比例为0～100％；所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％。本专利技术通过调节水和与之能互溶的质子性溶剂及非质子性溶剂的混合比例，改变溶剂热条件下的反应溶剂的极性，从而可以制备出可见区全谱段发光可调碳纳米点。本专利技术首先将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中，其中，所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水。在本专利技术中，所述与水互溶的质子性溶剂选自含羟基的有机溶剂或含羧基的有机溶剂，优选为甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、乙酸和草酸中的一种或多种。所述与水互溶的非质子性溶剂选自DMSO、DMF、二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种，优选为DMSO和/或DMF。在本专利技术的一些具体实施方式中，所述反应溶剂选自水与DMF形成的反应溶剂，水与DMSO形成的反应溶剂，DMSO、DMF与水形成的反应溶剂，水与甘油形成的反应溶剂，甘油和DMF与水形成的反应溶剂或者甘油、乙酸、DMSO和DMF中的一种或多种与水形成的反应溶剂。在本专利技术中，所述水和与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种的混合比例为0～100％，优选的，所述与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种与水的体积比优选为(0～8)：(0～2)，二者不同时为零。所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％，优选的，与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的质量比为(0～3)：(0～6)。通过调节水和与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种的混合比例从而可以调节反应溶剂的极性，进一步的影响最终进行溶剂热反应得到的碳纳米点的颜色。在本专利技术中，所述柠檬酸与尿素的质量比为1：(1～3)，在本专利技术的一些具体实施例中，所述柠檬酸与尿素的质量比为1：1，在本专利技术的另一些实施例中，所述柠檬酸与尿素的质量比为1：2，在本专利技术的另一些实施例中，所述柠檬酸与尿素的质量比为1：3。所述柠檬酸与尿素的总质量与所述反应溶剂的体积比优选为(2～4g)：(5～15ml)，更优选为(2～4g)：(10ml)。所述溶剂热反应的温度为120～200℃，优选为140～180℃；所述溶剂热反应的时间为2～8小时，优选为4～6小时。在本专利技术中，所述溶剂热反应优选在钢衬聚四氟乙烯反应釜中反应，反应条件为密闭条件下进行加热反应。在本专利技术中，在进行溶剂热反应之后，还包括将所述反应产物进行提纯。本专利技术对所述反应产物的提纯方法并没有特殊限制，优选按照如下方法进行：1)将反应液与乙醇混合搅拌，通过振荡、超声的方法混合均匀后，离心，去除上层液体后，得到沉淀；2)将所述沉淀与乙醇混合搅拌，离心，去除上层液体，得到沉淀；3)将步骤2)得到的沉淀重复步骤2)，直至上层液体清澈透明为止，得到洗涤后的碳纳米点。其中，所述离心的转速优选为6000～9000转/分钟，更优选为8000转/分钟；所述离心的时间为4-8分钟，优选为5分钟。将所述洗涤后的碳纳米点进行干燥，得到碳纳米点。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见区全谱段发光可调碳纳米点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中进行溶剂热反应，得到碳纳米点；所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水；所述与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种和水的混合比例为0～100％；所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％。

【技术特征摘要】
1.一种可见区全谱段发光可调碳纳米点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸和尿素溶解于反应溶剂中进行溶剂热反应，得到碳纳米点；所述反应溶剂包括与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种以及水；所述与水互溶的质子性溶剂和/或与水互溶的非质子性溶剂中的一种或多种和水的混合比例为0～100％；所述与水互溶的质子性溶剂和与水互溶的非质子性溶剂的混合比例为0～100％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述与水互溶的质子性溶剂选自含羟基的有机溶剂或含羧基的有机溶剂。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述与水互溶的质子性溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、乙酸和草酸中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述与水互溶的非质子性溶剂选自二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲松楠，田震，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22