碳量子点的制造方法技术

本发明专利技术的目的在于，提供一种通过简便的过程来制造发光量子产率高的碳量子点的方法。解决上述技术问题的碳量子点的制造方法具有：将含有硼、硫、或磷并且在1个大气压、25℃下为固体，具有结晶性的结晶性化合物与具有反应性基团的有机化合物混合，制备混合物的工序；以及以实质上无溶剂的方式将所述混合物加热至100℃以上且300℃以下，制备碳量子点的工序。所述混合物中的所述结晶性化合物的量相对于所述有机化合物的量100质量份为45质量份以上且1000质量份以下。1000质量份以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳量子点的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种在25℃、1个大气压下为固体状的碳量子点的制造方法。

技术介绍

[0002]碳量子点为粒径为几nm至几十nm左右的稳定的碳系微粒，示出良好的荧光特性，因此期待用于太阳能电池、显示器、防伪墨液(security ink)等光子学材料。此外，毒性低且生物亲和性高，因此也期待应用于生物传感器、成像等医疗领域。
[0003]作为含有碳量子点的发光体，报告有包含硼酸基质以及担载于所述基质中的碳量子点的发光体(非专利文献1)。在所述文献中记载了：通过水热合成而形成碳量子点，从反应液中将固体成分离心分离去除后，对上清液的透析纯化物进行冷冻干燥，制备固体状的碳量子点。还记载了：然后将固体状的碳量子点与硼酸水溶液混合，在100～400℃下加热(例如在180℃下加热5小时)，使混合液中的水分慢慢蒸发，由此得到非晶态的玻璃状复合体。
[0004]现有技术文献
[0005]非专利文献
[0006]非专利文献1：Angewandte Chemie International Edition 2019，58，7278
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技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]然而，在所述方法中，需要进行水热合成、离心分离、透析、冷冻干燥、与硼酸的复合化等各种工序，而且需要各种溶剂、装置。
[0009]本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种利用非常简便的方法来制造发光量子产率高的碳量子点的方法。
[0010]技术方案
[0011]本专利技术提供以下的碳量子点的制造方法。
[0012]一种碳量子点的制造方法，该制造方法包括：将含有硼、硫和/或磷并且在1个大气压、25℃下为固体的结晶性化合物与具有反应性基团的有机化合物混合，制备混合物的工序；以及以实质上无溶剂的方式将所述混合物加热至100℃以上且300℃以下，制备碳量子点的工序，所述混合物中的所述结晶性化合物的量相对于所述有机化合物的量100质量份为45质量份以上且1000质量份以下。
[0013]有益效果
[0014]根据本专利技术的碳量子点的制造方法，能不进行离心分离、透析、冷冻干燥等，而通过简便的过程得到发光量子产率高的碳量子点。
附图说明
[0015]图1中，图1A是利用实施例3的碳量子点的制造方法而得到的、包含碳量子点和结
晶性化合物的组合物的利用透射型电子显微镜得到的照片，图1B是将图1A的照片的中央附近放大的照片。
[0016]图2中，图2A是利用实施例10的碳量子点的制造方法而得到的、包含碳量子点和结晶性化合物的组合物的利用透射型电子显微镜得到的照片，图2B是将图2A的照片放大的照片，图2C是图2B的照片的空孔内部的照片。
[0017]图3是表示实施例5、比较例11、以及比较例12中得到的碳量子点的红外透射光谱的曲线图。
具体实施方式
[0018]在本说明书中，“～”所示的数值范围是指包含“～”的前后所记载的数值的数值范围。
[0019]本专利技术的碳量子点的制造方法是用于制造碳量子点的方法，所得到的碳量子点在25℃、1个大气压下为固体状。如上所述，已知下述方法：在溶剂中制备碳量子点，通过离心分离等将所述碳量子点取出，进一步将其在溶剂中与硼化合物混合来复合化。然而，在所述方法中，存在制造过程繁琐而且花费投入能量和时间的问题。
[0020]与此相对，在本专利技术的碳量子点的制造方法中，将成为碳量子点的主要原料的有机化合物与含有硼、硫和/或磷并且在1个大气压、25℃下为固体的结晶性化合物按规定比混合，制备混合物(以下，也称为“混合物制备工序”)。然后，通过以实质上无溶剂的方式将上述混合物加热，制备碳量子点(以下，也称为“加热工序”)。
[0021]如本专利技术那样，当将有机化合物与较大量的结晶性化合物混合，进行加热工序时，即使不进行复杂的工序，也能得到发光量子产率非常高的碳量子点。所得到的碳量子点的发光量子产率变高的理由并不确定，但可以如下所述地考虑。
[0022]当将作为碳量子点的原料的有机化合物加热时，所述有机化合物碳化而成为碳量子点。此时，若在碳量子点的周围存在结晶性化合物，则能得到在该结晶性化合物内微分散有碳量子点而成的产物。在该过程中，在使有机化合物碳化的温度下结晶性化合物为固体状的情况下，结晶性化合物的晶体结构或多孔质结构成为铸型，所得到的碳量子点的尺寸均匀化。此外，在使有机化合物碳化的温度下结晶性化合物为液体状的情况下，在有机化合物彼此缩合而形成碳量子点的过程中，液体状的结晶性化合物存在于有机化合物、缩合产物(包含碳量子点)的周边，化学性地相互作用，由此抑制副反应、过度的缩合，促进粒子尺寸的均匀化。此外，担载于结晶性化合物的晶体内或多孔质内的碳量子点不易发生凝聚，维持分散性高的状态。因此，可认为碳量子点的发光量子产率变高。
[0023]此外，在制备碳量子点时，若包含硼、磷、硫的结晶性化合物与有机化合物一并存在于周围，则硼原子、磷原子、硫原子、进而包含它们的官能团容易在碳量子点的表面均匀配置。并且，可认为这些原子或基团与碳量子点的主骨架相互作用，发光量子产率提高。
[0024]此外，在上述加热工序中，若以实质上无溶剂的方式加热来制备碳量子点，则不仅制造过程变得简易，还存在能缩短用于制备碳量子点所需要的加热时间，而且也能减少投入能量的优点。而且，若将此时的温度设为100℃以上且300℃以下，则所得到的碳量子点变得容易包含氢元素，所述碳量子点变得容易溶解于水、极性溶剂。以下，对本专利技术的方法的各工序进行说明。
[0025]·
混合物制备工序
[0026]在混合物制备工序中，将具有反应性基团的有机化合物和在25℃、1个大气压下为固体状的结晶性化合物混合，制备混合物。需要说明的是，在本工序中制备的混合物可以在不损害本专利技术的目的和效果的范围内包含除了上述有机化合物和结晶性化合物以外的化合物。例如，可以进一步具有：不具有反应性基团的有机系的化合物、无机系的化合物；层状粘土矿物等，上述有机化合物和结晶性化合物的总量相对于混合物的总量优选为50质量％以上，进一步优选为70质量％以上。若上述有机化合物和结晶性化合物的总量为50质量％以上，则能高效地制备碳量子点。此外，特别优选的是，混合物实质上不含层状粘土矿物。在本说明书中，实质上不含层状粘土矿物是指，相对于混合物的总量，层状粘土矿物的量为5质量％以下。层状粘土矿物的量更优选为3质量％以下，更优选为1质量％以下，进一步优选完全不含。
[0027]混合物所包含的上述有机化合物只要是具有反应性基团，能通过碳化(缩合反应)而生成碳量子点的化合物即可。混合物可以仅包含一种有机化合物，也可以包含两种以上有机化合物。在混合物包含两种以上有机化合物的情况下，优选的是，它们具有相互容易进行反应的基团。
[0028]在此，有机化合物所具有的“反应性基团”是指，在后述的加热工序中，用于使有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳量子点的制造方法，所述制造方法包括：将含有硼、硫和/或磷并且在1个大气压、25℃下为固体的结晶性化合物与具有反应性基团的有机化合物混合，制备混合物的工序；以及以实质上无溶剂的方式将所述混合物加热至100℃以上且300℃以下，制备碳量子点的工序，所述混合物中的所述结晶性化合物的量相对于所述有机化合物的量100质量份为45质量份...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥裕佳，坂部宏，石津真树，葛尾巧，
申请(专利权)人：株式会社吴羽，
类型：发明
国别省市：