一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料及其制备方法与应用。其制备包括步骤：将硼酸和氟源溶解在去离子水中，再加入氮碳源，搅拌混合均匀后进行反应；反应完成后，经冷却、洗涤、干燥，得到宽温域的长寿命氮化硼磷光材料。本发明专利技术制备过程简单，成本低，绿色环保，不需要复杂的后处理，可快速实现大批量的制备，所得宽温域磷光材料毒性低，光稳定性好。本发明专利技术得到的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料粉末具有蓝色荧光和绿色磷光，并且磷光发射可以覆盖到150℃的高温环境，具有广阔的应用前景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料及其制备方法与应用，属于功能材料


技术介绍

[0002]室温磷光(RTP)材料在光源激发下可发射荧光，去除激发光后可以发射消除背景干扰的磷光，这种优异的光学性质使其广范应用于信息加密、光电、光动力治疗、生物成像等方面。传统的室温磷光材料如有机金属配合物存在制作成本高、毒性大的缺点；纯有机化合物虽然解决了以上问题，但往往自旋轨道耦合较弱、非辐射跃迁速率常数较大，因而其三重态激子容易受到温度、湿度等环境的影响，从而造成非辐射跃迁失活。目前，获得高效磷光的方法包括促进单重态到三重态的系间窜跃，如引入重原子取代基，增加自旋轨道耦合作用；抑制非辐射失活速率，如构筑刚性环境，减小分子的振动。
[0003]关于室温磷光材料有不少专利文献报道。例如：中国专利文献CN108440603A报道一种有机金属配合物磷光材料的制备方法，通过在环金属铱的有机金属配合物内引入含有吡啶单元的配体，得到铱的杂配配合物磷光材料，但是该材料含有有毒的金属元素，对环境存在污染且限制了其应用范围。中国专利文献CN113717151A报道了一种纯有机室温磷光化合物的制备方法，以叔丁醇钾、咔唑、2
‑
氰基
‑6‑
氟吡啶为原料，以N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，通过搅拌与加热的方式反应制得，该方法虽然条件温和，成本低，但是产品的磷光寿命较短，只有600ms左右，而且反应时间较长，且需要层析柱进行纯化处理，制备过程相对复杂，不适用于大规模批量化生产。中国专利文献CN113817460A提供一种全色可调的长寿命室温磷光材料，该长寿命室温磷光材料是一种由氧化硼多晶和碳点构成的复合物，碳点原位生成并均匀分散和嵌入在氧化硼多晶中，氧化硼多晶为硼酸分子原位脱水产生的块状多晶体。该方法虽然实现了磷光波长可调，但室温条件下最长磷光寿命只有581ms，且涉及到将磷光材料镶嵌到特定基质中，这限制了其应用范围。目前，室温磷光材料往往在高温条件下非辐射跃迁严重，磷光效率大大降低，探索在高温条件下仍保持有磷光发射的材料具有更大的研究价值。
[0004]当前许多磷光材料需要负载到基质中，阻断与氧气和水的接触、减少分子的振动才能显示其性能。无基质的、具有良好热稳定性和化学稳定性的室温磷光材料具有更大的应用潜力。因此，制备长寿命，毒性低，成本低，易于大规模生产的宽温域磷光材料显得尤为紧迫。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料及其制备方法与应用。本专利技术以硼酸、氟源、氮碳源为原料，溶解在水中后经煅烧后制得无基质的氟碳氧掺杂的氮化硼磷光材料。本专利技术所得磷光材料磷光寿命长、毒性低、热稳定性和化学稳定性好，且在150℃下仍具有磷光，实现了宽温域的磷光发射。并且本专利技术的制备方法步
骤简单、成本低、易于大规模生产。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的制备方法，包括步骤如下：
[0008]将硼酸和氟源溶解在去离子水中，再加入氮碳源，搅拌混合均匀后进行反应；反应完成后，经冷却、洗涤、干燥，得到宽温域的长寿命氮化硼磷光材料。
[0009]根据本专利技术优选的，所述硼酸的摩尔数与去离子水的体积之比为0.0001～0.001mol:1mL，进一步优选为0.0003～0.0005mol:1mL。
[0010]根据本专利技术优选的，所述氟源为氟化铵和/或氟硼酸铵；所述氟源与硼酸的摩尔比为0.02～0.3:1，进一步优选为0.1～0.2:1。
[0011]根据本专利技术优选的，所述氮碳源为乙二胺、二乙胺、丙二胺、丁二胺、油胺、乙醇胺中的一种或两种以上的组合，进一步优选为乙二胺；所述氮碳源与硼酸的摩尔比为0.3～3:1，进一步优选为0.5～1.5:1。
[0012]根据本专利技术优选的，所述反应的温度为200～400℃，进一步优选为250～300℃；所述反应的时间为10～90min，进一步优选为20～30min，所述反应在敞口加热条件下进行，例如，所述反应可在马弗炉中敞口加热进行。
[0013]根据本专利技术优选的，所述冷却为自然冷却至室温，所述室温指的是25
±
5℃。
[0014]根据本专利技术优选的，所述洗涤为将反应所得固体分散在乙醇中离心，离心转速为5000～10000rmp，进一步优选为7000～8000rmp；离心时间为5～15min，进一步优选为10min，去除上清液，重复5～8次。
[0015]根据本专利技术优选的，所述干燥为在40～90℃下干燥8～15h，进一步优选为在50～60℃下干燥10～12h。
[0016]一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料，采用上述制备方法制备得到。
[0017]根据本专利技术，上述宽温域的长寿命氮化硼磷光材料在信息加密或细胞成像中的应用。
[0018]本专利技术的技术特点及有益效果如下：
[0019]1、本专利技术通过在氮化硼中引入氟碳氧缺陷，碳氧缺陷的存在可以有效减小氮化硼的光学带隙，实现氮化硼的蓝色荧光发射和绿色磷光发射；本专利技术以水溶液的形式进行反应所得样品表面含有丰富的官能团，具有良好的水溶性，所得材料表面的羟基、氨基以及氟取代基的存在可以增强分子间氢键的相互作用，抑制分子的振动和转动，减少水和氧对磷光的淬灭，实现长达1.17s的磷光寿命，肉眼下可观察到持续10s的磷光；同时氟掺杂后使得材料具有高温磷光的性质，在150℃的高温下仍然可以观察到磷光，本专利技术的氮化硼磷光材料在较宽的温度范围内均具有磷光性质。
[0020]2、本专利技术制备过程简单，成本低，绿色环保，不需要复杂的后处理，可快速实现大批量的制备。所得产品毒性低，光稳定性好，具有巨大的应用前景。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料粉末在日光下(a)、405nm紫外灯下(b)和405nm紫外灯关闭后(c)的光学照片。
[0022]图2为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的原子力显微图像及轮廓
高度分布图(插图)。
[0023]图3为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的荧光发射光谱。
[0024]图4为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的磷光发射光谱。
[0025]图5为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的时间分辨光谱。
[0026]图6为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的X射线衍射图。
[0027]图7为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的傅里叶变换红外光谱图。
[0028]图8为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的X射线光电子能谱分析图。
[0029]图9为实施例1制备的宽温域的长寿命氮化硼磷光材料在不同温度条件下以及对比例1制备的碳氧掺杂的氮化硼室温磷光材料在150本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的制备方法，包括步骤如下：将硼酸和氟源溶解在去离子水中，再加入氮碳源，搅拌混合均匀后进行反应；反应完成后，经冷却、洗涤、干燥，得到宽温域的长寿命氮化硼磷光材料。2.根据权利要求1所述宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的制备方法，其特征在于，所述硼酸的摩尔数与去离子水的体积之比为0.0001～0.001mol:1mL，优选为0.0003～0.0005mol:1mL。3.根据权利要求1所述宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的制备方法，其特征在于，所述氟源为氟化铵和/或氟硼酸铵；所述氟源与硼酸的摩尔比为0.02～0.3:1，优选为0.1～0.2:1。4.根据权利要求1所述宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的制备方法，其特征在于，所述氮碳源为乙二胺、二乙胺、丙二胺、丁二胺、油胺、乙醇胺中的一种或两种以上的组合，优选为乙二胺。5.根据权利要求1所述宽温域的长寿命氮化硼磷光材料的制备方法，其特征在于，所述氮碳源与硼酸的摩尔比为0.3～3:1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉刚，张旭，崔得良，王琪珑，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：