一种橙色荧光和红色室温余辉碳点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制备领域，具体涉及一种橙色荧光和红色室温余辉碳点材料及其制备方法和应用。本发明专利技术所述的制备方法是以醌类物质和尿素为原料，通过一步微波法原位合成橙色荧光和红色室温余辉碳点材料，所述橙色荧光和红色室温余辉碳点材料在表面具有大共轭结构，其在紫外光激发产生橙色荧光，且在室温下产生肉眼可见的红色余辉，能够应用于发光材料或制备防伪标志中。本发明专利技术所述橙色荧光和红色室温余辉碳点材料制备方法简单，合成所用原料容易获取，反应条件温和，产率高，且绿色无污染，毒性低，适合批量生产。

An orange fluorescent and red room temperature afterglow carbon point material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种橙色荧光和红色室温余辉碳点材料及其制备方法和应用
本专利技术属于发光材料制备领域，具体涉及一种橙色荧光和红色室温余辉碳点材料及其制备方法和应用。
技术介绍
室温余辉材料具有较长的寿命和较大的Stokes位移的特点，被广泛应用于生物成像、光电显示、照明和防伪等领域。碳点（CarbonsDots,CDs）是近些年来新兴一类室温余辉材料，其合成与应用研究引起了广泛的关注。碳点是直径在10nm以下零维具有荧光特性的碳纳米粒子，其在光激发条件下可以发出不同颜色的荧光。作为一种新型的荧光材料，碳点具有与传统量子点相同甚至更强的光学性能，比如优良的光稳定性、荧光亮度高、发射颜色易于调节。相对于传统的半导体量子点带来的重金属泄漏、毒性大、环境污染严重等问题，碳点材料凭借其毒性低、光学性能稳定、制备方法简单、对环境友好以及制备方法简单等优点在很多领域得到了快速发展。然而，目前关于碳点余辉发射峰主要集中在绿光或黄绿光波段，长波长的荧光和余辉发射碳点材料还未见报道。开发一种有效的手段，实现长波长（橙色和红光区域）的荧光和余辉发射，对推进碳点的应用具有重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述问题之一，本专利技术提供了一种橙色荧光和红色室温余辉碳点材料的制备方法，通过一步微波法简易、短时且高产率的制备得到一种光学稳定性高的橙色荧光和红色室温余辉碳点材料，克服了现有碳点材料发射峰主要集中在绿光或黄绿光波段，红色碳点和橙色碳点量子产率低等缺陷。本专利技术首先提供了一种橙色荧光和红色室温余辉碳点材料，所述碳点材料表面具有大共轭结构，其在紫外光激发产生橙色荧光，且在室温下产生肉眼可见的红色余辉。为了实现本专利技术上述目的，本专利技术还提供一种橙色荧光和红色室温余辉碳点材料的制备方法，包括以下步骤：称量醌类物质，将其与尿素混合均匀，将得到的混合物置于微波反应器中进行微波反应，反应完后冷却、研磨，得到所述的橙色荧光和红色室温余辉材料；所述微波反应的条件为微波功率500～1000W，反应时间2～6min。进一步的，所述醌类物质为羟基蒽醌、氨基蒽醌、磺酸蒽醌或者羧基蒽醌中的任一种。进一步的，所述的醌类物质与尿素的质量比为1：100～10000。本专利技术还提供所述的橙色荧光和红色室温余辉碳点材料在发光材料如发光二极管、或制备防伪标志中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术以含O、N等杂原子的醌类物质与尿素为原料，一步微波原位合成了全新的橙色荧光和红色室温余辉碳点材料。本专利技术所述橙色荧光和红色室温余辉碳点材料的制备方法简单，合成所用原料容易获取，反应条件温和，产率高，且绿色无污染，毒性低，适合批量生产。本专利技术填补了同时具有橙色荧光和红色余辉的碳点材料的空白，现有技术中做不到长波长的余辉发射。本专利技术制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料表面具有大共轭结构，降低了激发态与基态之间的能带，解决了长波长荧光和余辉碳点材料难制备的问题。并且本专利技术采用的原位合成方法使碳点和基质之间形成强共价键和氢键作用，将碳点紧密的包覆在基质中减少了非辐射跃迁，使制备的碳点在基质中具有高效、稳定的橙色荧光和红色室温余辉性质。附图说明图1是实施例1中制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料的红外谱图。图2是实施例1中制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料的透射电镜图。图3是实施例1中制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料在365nm激发光下的荧光发射光谱。图4是实施例1中制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料在365nm激发光下的余辉发射光谱。图5是实施例1中制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料的紫外吸收谱图。图6是实施例1中制备的橙色荧光和红色余辉碳点材料在365nm紫外灯（a）和紫外灯熄灭下（b）的照片。图7是实施例6得到的基于荧光/磷光双发射碳点的白光二极管的发射光谱图（a）与光源色坐标(b)。图8是实施例7得到的基于橙色荧光和红色室温余辉碳点材料的防伪模板在紫外光照射和紫外光熄灭后的光学照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。本专利技术中所述产率和量子产率的计算公式为：产率=合成得到的碳点粉末的质量/反应前单体总量，量子产率=发射的光子数/吸收总光子数。实施例1：称取茜素（1,2-二羟基-9，10-蒽醌）0.005g，尿素20g混合于烧杯中，将盛有茜素和尿素混合物的烧杯置于700W微波反应器中反应4min，然后自然冷却、研磨，即得到所述高性能橙色荧光和红色室温余辉碳点材料，产率为约51%，量子产率为~约30%，高于目前报道的大多数红光碳点材料。图1-6为对本实施例得到的橙色荧光和红色室温余辉碳点粉末进行相关特性的检测所得到的谱图。图1是橙色荧光和红色室温余辉碳点粉末的红外谱图，从图中可以看出，在1604cm-1左右出现C=C双键的伸缩振动峰，说明碳点表面含有大的共轭结构；3432,1706和1459cm-1处的伸缩振动峰表面碳点表面存在N–H，C=O，C–N基团，与尿素的微波产物相似，说明碳点表面修饰了一层非石墨化的基质，通过原位合成的方法使碳点和基质之间形成了强共价键和氢键作用，将碳点紧密的包裹在基质中，减少了非辐射跃迁，这使得制备得到的橙色荧光和红色室温余辉碳点材料具有稳定的性质。图2是橙色荧光和红色室温余辉碳点材料的透射电镜图，图中显示碳点均相的分散在了基质中，平均粒径为3.7nm。图3是橙色荧光和红色室温余辉碳点材料365nm激发光下的荧光发射光谱，包含三个发射峰，分别在520，560和600nm处；图4是橙色荧光和红色室温余辉碳点材料在365nm激发光下的余辉发射光谱，发射峰位于600nm处。图5是橙色荧光和红色室温余辉碳点材料紫外吸收谱图,在400-600nm左右出现了含C=O和氮杂环的大共轭结构的吸收峰。图6中图（a）为橙色荧光和红色室温余辉碳点材料在365nm紫外灯的图，其在365nm的紫外灯下发出橙色荧光，图（b）为紫外灯熄灭后的照片，所制备的橙色荧光和红色室温余辉碳点材料在紫外灯熄灭后仍发出了红色室温余辉。实施例2：称取茜素（1,2-二羟基-9，10-蒽醌）0.0025g，尿素20g混合于烧杯中，将盛有茜素和尿素混合物的烧杯置于700W微波反应器中反应4min，然后自然冷却、研磨，即得到所述橙色荧光和红色室温余辉碳点材料，产率约为51%，量子产率约为30%。实施例3：称取茜素（1,2-二羟基-9，10-蒽醌）0.02g，尿素20g混合于烧杯中，将盛有茜素和尿素混合物的烧杯置于700W微波反应器中反应4min，然后自然冷却、研磨，即得到所述橙色荧光和红色室温余辉碳点材料，产率约为60%，量子产率约为12%。实施例4：...

【技术保护点】
1.一种橙色荧光和红色余辉碳点材料，其特征在于，所述碳点材料表面具有大共轭结构，其在紫外光的激发下产生橙色荧光，且在室温下产生肉眼可见的红色余辉。/n

【技术特征摘要】
1.一种橙色荧光和红色余辉碳点材料，其特征在于，所述碳点材料表面具有大共轭结构，其在紫外光的激发下产生橙色荧光，且在室温下产生肉眼可见的红色余辉。


2.一种橙色荧光和红色余辉碳点材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：称量一定量的醌类物质，将其和尿素混合均匀，将得到的固体混合物进行微波反应，反应完后冷却、研磨，得到所述的橙色荧光和红色室温余辉材料；
所述微波反应条件为微波功率500～1000W，反应时间2～6min。


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【专利技术属性】
技术研发人员：李奇军，谈静，易振钊，叶云霞，任旭东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32