一种疏水性白光碳点及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种疏水性白光碳点及其制备方法，是以邻苯二胺和1,2,4

【技术实现步骤摘要】
一种疏水性白光碳点及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米碳发光材料
，涉及一种能够发射白光的碳点，特别是一种具有疏水特性的白光碳点。

技术介绍

[0002]发光二极管（LED）因具有功耗低、使用寿命长、尺寸小和响应速度快等优势，成为目前最常用的照明光源。现阶段用作LED照明器件的荧光材料主要包括有稀土、半导体和碳基纳米材料（Angewandte Chemie., 2015, 127(18): 5450
‑
5453.）。
[0003]其中，稀土和半导体荧光材料的合成工艺较为成熟，在固态照明器件中展现出了稳定且优异的荧光性能（Modern Physics Letters B, 2020, 34(21): 2050222.）。然而，稀土资源不可再生，半导体荧光材料中的重金属元素又具有毒性，这就限制了它们在照明器件中的应用（Journal of Materials Science, 2012, 48(6): 2352
‑
2357.）。
[0004]相比之下，碳基纳米材料具有来源广泛且毒性低的优势，特别是其中被广泛关注的一类荧光材料——碳点（CDs），更是表现出了优异的光学性能和稳定性（Science Bulletin, 2020, doi: http://doi.org/10.1016/j.scib. 2020.12.015.），使其作为荧光转换材料，在照明领域极具应用前景。
[0005]在LED等照明器件中应用碳点时，激发方式会直接影响器件的照明性能。利用蓝光芯片激发黄光碳点可以实现白光发射，但随着器件的老化，存在蓝光泄露的风险，可能对人眼造成伤害（Journal of Alloys and Compounds, 2018, 764: 17
‑
23.）。相比之下，利用紫外芯片激发白光碳点实现白光发射的方式，不仅可以避免蓝光泄露，而且其显色指数更高，可以满足不同应用场景的照明需求（RSC Advances, 2018, 8(8): 4006
‑
4013.）。
[0006]目前的白光碳点通常采用互补色碳点共混的方式实现，即将蓝色和黄色碳点，或者是红绿蓝三色碳点按照一定的质量比混合（Advanced Materials, 2018, 30(1): 1704740.），这一过程需要大量的实验尝试并进行相关的LED器件测试，最终才能确定碳点混合的最优比例，过程复杂且不利于工业化。
[0007]另外，也有研究者以乙醇为碳源，硫酸为氧化剂，通过一步溶剂热反应直接合成了白光碳点（Nano Research, 2021: 1
‑
8.）。该白光碳点可在365nm波长激发下实现白色荧光，通过进一步纯化，可分离出蓝色、青色和橙色荧光碳点。由于缺少红色荧光成分，所以该白光碳点最终仅得到了显色指数为87.8的LED器件。
[0008]除了合成具有多个荧光发射中心的白光碳点外，Li等（Nanoscale horizons, 2020, 5(6): 928
‑
933.）选用1,4
‑
二氨基萘为碳源，CHCl3作为Cl元素掺杂剂，合成了具有单一荧光发射中心的白光碳点。但受限于单一发光中心窄的荧光发射波长范围，将该白光碳点应用于LED器件时，仅得到了显色指数为70.6的白光。
[0009]因此，白光碳点荧光发射中心的不可控合成是造成目前LED器件显色指数不高的主要原因，需要寻找合适的原料和方法，实现白光碳点的可控制备，提高相应的LED器件的发光性能。
[0010]另外，由于目前制备的白光碳点表面含有大量的含氮、氧元素官能团，使得其具有较好的亲水性，暴露在空气中会吸收空气中的水分而影响其荧光性能。所以，疏水性白光碳点的制备，将更有助于提高碳点的存储能力及其LED器件的发光寿命。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种疏水性白光碳点，以及该白光碳点的制备方法。
[0012]本专利技术所述的疏水性白光碳点是以邻苯二胺和1,2,4
‑
苯三甲酸为原料，在溶剂乙醇中180～220℃进行溶剂热反应制备得到的，具有疏水特性且能够发射白色荧光的碳点。
[0013]本专利技术所述的疏水性白光碳点可以分散在乙醇等有机溶剂中，其溶液的荧光发射峰可以覆盖400～750nm的波长范围。
[0014]进一步地，本专利技术所述的疏水性白光碳点可以采用以下方法制备得到：将邻苯二胺和1,2,4
‑
苯三甲酸按照摩尔比(1～3)∶1溶解在溶剂乙醇中，密闭下加热至180～220℃进行溶剂热反应，将反应产物倒入水中析出疏水性白光碳点。
[0015]更进一步地，本专利技术所述的溶剂热反应温度优选为180～200℃，溶剂热反应时间优选为6～14h。
[0016]进而，本专利技术所述溶剂热反应的溶剂乙醇用量优选为每1mmol原料使用5～10mL乙醇。
[0017]基于本专利技术白光碳点的疏水特性，可以快速提纯获得白光碳点固体粉末。具体地，本专利技术是将所述反应产物过滤后，倒入反应产物6～10倍体积的水中析出沉淀，经过滤、洗涤、干燥后制备得到纯化的疏水性白光碳点固体粉末。
[0018]其中，本专利技术优选采用真空冷冻干燥的方式对白光碳点固体粉末进行干燥。
[0019]本专利技术制备的疏水性白光碳点的有机溶液的荧光发射峰可以覆盖400～750nm的可见光区，通过对白光碳点溶液的荧光（PL）光谱进行计算，得到相应的CIE色品坐标，均处于国际照明委员会规定的白光区域内。
[0020]因此，本专利技术还提供了所述疏水性白光碳点在制备LED器件中的应用。
[0021]具体地，本专利技术是提供了所述疏水性白光碳点作为LED器件中荧光转换层材料的应用。
[0022]更具体地，本专利技术是将所述疏水性白光碳点固体粉末与PVP混合后，溶解在无水乙醇中，滴入LED器件的灯杯罩中，干燥得到灯杯，再将灯杯安装在发光波长为380nm的芯片表面，制备得到白光LED器件。
[0023]其中，优选地，是将疏水性白光碳点固体粉末与PVP以质量比为(0.5～2)∶1进行混合。
[0024]本专利技术疏水性白光碳点的制备方法简单，利用其疏水特性可以快速获得固体粉末，简化了固体产物的获取过程。
[0025]本专利技术的疏水性白光碳点在溶液条件下能够发射白光，发光范围覆盖可见光区，以其作为荧光转换层材料应用于制备白光LED器件，能够得到性能优异的白光照明光源。
附图说明
[0026]图1是实施例1制备白光碳点溶液在自然光和365nm紫外灯照射下的实物图片。
[0027]图2是实施例1制备白光碳点溶液的荧光发射（PL）谱图。
[0028]图3是实施例1制备白光碳点溶液的CIE色品坐标图。
[0029]图4是实施例1制备白光碳点固体粉末的透射电镜（TEM）图。
[0030]图5是实施例1制备白光碳点固体粉末的X射线衍射（XRD）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水性白光碳点，是以邻苯二胺和1,2,4
‑
苯三甲酸为原料，在溶剂乙醇中180～220℃进行溶剂热反应制备得到的，具有疏水特性且能够发射白色荧光的碳点。2.权利要求1所述疏水性白光碳点的制备方法，是将邻苯二胺和1,2,4
‑
苯三甲酸按照摩尔比(1～3)∶1溶解在溶剂乙醇中，密闭下加热至180～220℃进行溶剂热反应，将反应产物倒入水中析出疏水性白光碳点。3.根据权利要求2所述的疏水性白光碳点的制备方法，其特征是所述溶剂热反应温度180～200℃，反应时间6～14h。4.根据权利要求2所述的疏水性白光碳点的制备方法，其特征是所述溶剂热反应中每1mmol原料使用5～10mL乙醇。5.根据权利要求2所述的疏水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永珍，陈童，康海鑫，刘兴华，郑静霞，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：