室温磷光碳点复合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室温磷光碳点复合物及其制备方法，是以邻苯二甲酸为碳源，甲酰胺为氮源，乙二醇为溶剂，采用溶剂热法直接制备得到室温磷光碳点复合物粉末。本发明专利技术室温磷光碳点复合物在紫外光照射下发射蓝色荧光，停止照射后产生绿色磷光。本发明专利技术室温磷光碳点复合物的磷光效率高，可以作为磷光材料应用于光电器件、安全防伪、生物成像等技术领域中。

【技术实现步骤摘要】
室温磷光碳点复合物及其制备方法
本专利技术属于磷光发光材料
，具体涉及一种碳点复合物，特别是一种能够在室温下发射磷光的碳点复合材料，以及该碳点复合物的制备方法。
技术介绍
碳点是一种粒径小于10nm的准零维碳纳米材料，是以碳结构为基本骨架、表面分布有大量有机基团的单分散类球形量子点，往往具有特异的光致发光性能。碳点作为一种新型的有机磷光材料，与传统无机和有机磷光材料相比，具有生物相容性好、毒性低、制备条件温和环保、制备方法灵活多样、制备原料来源广泛等优点，并具有较高的亮度和优异的分散性。基于这些优点，目前碳量子点已经被广泛研究应用在生物医学、发光照明、信息安全、物质检测等领域，并在未来具有巨大的应用前景。然而，碳点的磷光容易受到氧分子或水分子、化学键运动或温度等因素的影响而发生猝灭现象，因此，通常只有在极低温度下，才能实现碳点的磷光发射。为了实现碳点的室温磷光性能，一般的做法是选用适当的基质对碳点三重态电子进行保护，降低其非辐射损耗，并提高系间窜跃的效率。例如，Li等(LiQ,ZhouM,YangQ,etal.ChemistryofMaterials,2016,28(22):8221–8227.)通过将CDs粉末与尿素、缩二脲混合后熔融重结晶，获得了室温磷光产物。研究发现，在经过熔融重结晶处理后的碳点表面引入了C=N，使得体系的能带结构相比于处理前产生了新的能级，由此产生了磷光现象。Chen等(ChenY,HeJ,HuC,etal.JournalofMaterialsChemistryC,2017,5(25):6243–6250.)则通过将碳点溶液与PVA混合制备成薄膜，实现室温下的磷光发射。该研究表明，碳点表面的PVA链可以起到防潮、硬化和阻止氧气的作用，由此有效降低了磷光发射中的振动耗散和氧气引起的猝灭效应。Li等(LiQ,ZhouM,YangM,etal.NatureCommunications,2018,9(1):1–8.)在碳点和氰尿酸之间引入结合水构建氢键网络来制备长余辉室温磷光材料，这种起桥梁作用的氢键网络的建立可以提高体系的刚性，固化碳点表面的化学键，从而增强磷光。Yang等(TaoS,LuS,GengY,etal.AngewandteChemieInternationalEdition,2018,57(9):2393–2398.)提出聚合物碳点丰富的能级结构以及共价交联结构有利于系间窜跃，补充激发三重态能级上的电子，并抑制非辐射跃迁，提高磷光发射效率。但是，目前的室温磷光碳点大都是通过引入基质进行制备，即将制备的碳点嵌入某种基质中来减少磷光猝灭，并使激发态电子获得较高的系间窜跃效率。这就需要复杂的制备和处理过程，一般是两步法实现室温磷光碳点制备，再将其与基质材料复合，存在步骤复杂的缺点。因此，简化制备流程和提纯处理，降低制备难度，无疑将有利于推动室温磷光碳点的发展和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种室温磷光碳点复合物，以及该碳点复合物的制备方法。本专利技术制备的室温磷光碳点复合物能够在激发光照射下发射蓝色荧光，并在激发光停止后发射绿色磷光。本专利技术所述的室温磷光碳点复合物是以邻苯二甲酸为碳源，甲酰胺为氮源，加入溶剂乙二醇中，采用溶剂热法直接制备得到的室温磷光碳点复合物粉末。本专利技术制备的室温磷光碳点复合物为灰白色粉末，在紫外光照射下，该产物能够发射蓝色荧光，激发光停止照射后产生绿色磷光。进而，本专利技术提供了所述室温磷光碳点复合物的制备方法，是将邻苯二甲酸溶解在甲酰胺中，加入溶剂乙二醇，得到反应溶液，于反应釜内密闭加热进行溶剂热反应，过滤出反应产物，经干燥和研磨，制备得到室温磷光碳点复合物粉末。进一步地，本专利技术上述制备方法中，所述邻苯二甲酸与甲酰胺的质量用量比为1∶7～14。更进一步地，本专利技术上述制备方法中，所述的溶剂热反应优选是在210～240℃下进行的，反应时间优选为4～10h。进而，本专利技术所述制备方法中，所加入溶剂乙二醇的体积不超过甲酰胺体积的4倍。本专利技术针对目前磷光碳点容易受到环境因素影响而发生猝灭的问题，以邻苯二甲酸和甲酰胺为原料，溶剂热一步法直接制备得到了一种室温磷光碳点复合物。本专利技术制备的室温磷光碳点复合物具有碳点-有机晶体基质复合结构，通过在碳点和有机晶体基质间引入氢键，抑制了碳点表面化学键的振动耗散，从而增强了碳点的磷光发射。本专利技术制备的室温磷光碳点复合物材料具有良好的室温磷光性能，磷光效率高，可以作为磷光材料，广泛应用于光电器件、安全防伪、生物成像等
中。附图说明图1是本专利技术室温磷光碳点复合物在日光灯、365nm紫外灯照射下以及紫外灯关闭后的实物照片。图2是本专利技术室温磷光碳点复合物的SEM图谱。图3是本专利技术室温磷光碳点复合物在DMF溶液中的TEM图谱、HRTEM图谱和粒径分布图。图4是本专利技术室温磷光碳点复合物的XRD图谱。图5是本专利技术室温磷光碳点复合物的FT-IR图谱。图6是本专利技术室温磷光碳点复合物的XPS光谱(a)及其高分辨C1s谱(b)、N1s谱(c)和O1s谱(d)。图7是本专利技术室温磷光碳点复合物的激发谱和最佳激发光下的磷光发射图谱。图8是本专利技术室温磷光碳点复合物的磷光寿命衰减曲线。图9是本专利技术室温磷光碳点复合物的磷光随时间衰减的实物照片。图10是对比例1制备固态荧光碳点复合物的荧光发射图谱。图11是以本专利技术室温磷光碳点复合物制备加密信息墨水的加密效果。具体实施方式下述实施例仅为本专利技术的优选技术方案，并不用于对本专利技术进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。实施例1。取10mL甲酰胺，与10mL乙二醇混合均匀，再加入1.6g邻苯二甲酸，常温下搅拌混合分散均匀，得到反应溶液。将上述反应溶液置于40mL带聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，在220℃烘箱中溶剂热反应6h。反应结束并冷却至室温后，取出得到的固液混合产物，以0.22μm微孔滤膜进行真空抽滤。将得到的固体于60℃干燥箱中干燥后，得到灰白色的室温磷光碳点复合物粉末状固体。图1是上述制备的室温磷光碳点复合物分别在日光灯和365nm紫外灯照射下，以及停止紫外照射后的实物图片。图中显示，复合物在日光照射下为灰白色固体，而在365nm紫外灯照射下，复合物能够发射出蓝色荧光。特别是停止紫外灯照射后，显示复合物依然可以发出绿色的磷光。图2是以室温磷光碳点复合物的粉末进行表征的SEM图。可以看出，图中固体呈现出方形片状形貌，长宽各为几十微米，厚度则在10微米左右。图3展示了将室温磷光碳点复合物加入DMF中得到溶液的TEM图，以及HRTEM图和粒径分布图。可以看出，将复合物加入DMF中后，得到了分散的点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室温磷光碳点复合物，是以邻苯二甲酸为碳源，甲酰胺为氮源，加入溶剂乙二醇中，采用溶剂热法制备得到的室温磷光碳点复合物粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种室温磷光碳点复合物，是以邻苯二甲酸为碳源，甲酰胺为氮源，加入溶剂乙二醇中，采用溶剂热法制备得到的室温磷光碳点复合物粉末。


2.根据权利要求1所述的室温磷光碳点复合物，所述碳点复合物在紫外光照射下能够发射蓝色荧光，激发光停止照射后产生绿色磷光。


3.权利要求1所述室温磷光碳点复合物的制备方法，是将邻苯二甲酸溶解在甲酰胺中，加入溶剂乙二醇，得到反应溶液，于反应釜内密闭加热进行溶剂热反应，过滤出反应产物，经干燥和研磨，制备得到室温磷光碳点复合物粉末。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是所述邻苯二甲酸与甲酰胺的质量用量比为1∶7...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑静霞，杨永珍，郑延宁，卢太平，刘旭光，许并社，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14