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固体状的碳量子点的方法。解决上述技术问题的碳量子点的制造方法为在25℃、1个大气压下为固体的碳量子点的制造方法，其包括：将具有反应性基团且不含硼原子的有机化合物与硼化合物混合，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。所述有机化合物中的氮原子的量为20质量％以上，所述硼化合物的量相对于所述有机化合物和所述硼化合物的总量为20质量％以上。和所述硼化合物的总量为20质量％以上。和所述硼化合物的总量为20质量％以上。

【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，因此期待作为太阳能电池、显示器、防伪墨液(security ink)等光子学材料的使用。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]为了将碳量子点应用于多种领域，对碳量子点要求进一步提高功能，例如也开发了掺杂有硼原子的碳量子点等。在专利文献1中记载了，将邻苯二甲酸氢钾、叠氮化钠以及硼酸在甲醛中加热，得到高量子产率的白色发光体(最大发光波长为410nm～440nm)的方法。此外，在专利文献2中记载了，使包含氮原子和硼原子的前体溶解于水中，水热合成后进行过滤、干燥而得到碳量子点(最大发光波长为420nm左右)的方法。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：中国专利申请公开第108795423号说明书
[0007]专利文献2：中国专利申请公开第105602557号说明书

技术实现思路

[0008]专利技术要解决的问题
[0009]然而，如上述专利文献1或专利文献2那样，在通过溶剂热法或水热合成法来制备固体状的碳量子点的情况下，在溶剂的存在下制备出碳量子点后，需要进行过滤工序、干燥工序等。这样的方法存在制造过程繁琐而且花费投入能量和时间的问题。此外，还存在去除溶剂时碳量子点容易凝聚，容易发生消光的问题。
[0010]本专利技术是鉴于上述问题而完成的。本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固体状的碳量子点的方法。
[0011]技术方案
[0012]本专利技术提供以下的碳量子点的制造方法。
[0013]一种碳量子点的制造方法，其为在25℃、1个大气压下为固体的碳量子点的制造方法，所述制造方法包括：将具有反应性基团且不含硼原子的有机化合物与硼化合物混合，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，所述有机化合物中的氮原子的量为20质量％以上，所述硼化合物的量相对于所述有机化合物和所述硼化合物的总量为20质量％以上。
[0014]有益效果
[0015]根据本专利技术的碳量子点的制造方法，在碳量子点的制备后，无需进行过滤工序、干燥工序。因此，能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
[0016]图1是表示在实施例1～10和比较例9～14的碳量子点的制造方法中使用的有机化合物中的氮原子的量以及硼化合物的量相对于有机化合物和硼化合物的总量与发光量子产率的关系的图表。
具体实施方式
[0017]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。
[0018]本专利技术的碳量子点的制造方法是用于制造在25℃、1个大气压下为固体状的碳量子点的方法。如上所述，以往已知在溶剂中制备碳量子点的方法。然而，存在若在溶剂中制备碳量子点，则制造过程繁琐而且花费投入能量和时间的问题。而且，从溶剂中取出碳量子点时，有时碳量子点容易凝聚，发生消光。此外，即使不从溶剂中取出，也存在碳量子点的发光量子产率低的倾向。
[0019]与此相对，在本专利技术的碳量子点的制造方法中，将具有反应性基团且不含硼原子的有机化合物与硼化合物混合，制备混合物(以下，也称为“混合物制备工序”)。此时，将上述有机化合物中的氮原子的量设为20质量％以上，将硼化合物的量相对于有机化合物和硼化合物中的总量设为20质量％以上。然后，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“碳量子点制备工序”)。
[0020]如上所述，若将包含一定量以上的氮原子的有机化合物与一定量以上的硼化合物混合，在实质上不含溶剂的状态下反应，则能通过简便的过程得到发光量子产率非常高的碳量子点。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。
[0021]若作为碳量子点的主原料的有机化合物包含一定量以上的氮原子，则氮嵌入所得到的碳量子点的骨架内。可认为，与仅由碳原子构成的碳量子点相比，一部分包含氮原子的碳量子点容易从外部接收能量。而且，在制备碳量子点时，若硼化合物与有机化合物一起存在，则硼原子或包含硼原子的官能团均匀配置于碳量子点的表面。而且，可认为由于具有空的p轨道的硼与具有电子对的氮进行相互作用，碳量子点的主骨架上的电子接受和电子供给容易得到促进，发光量子产率提高。此外，在所述方法中，包含相对于有机化合物较多的硼化合物。因此，制备出的碳量子点嵌入剩余的硼化合物的晶体内，碳量子点的凝聚得到抑制，这也被认为是发光量子产率提高的一个原因。
[0022]此外，若在溶剂中制备碳量子点，则在去除溶剂时有时碳量子点容易凝聚，发生消光等。与此相对，在所述的方法中，无需进行去除溶剂的工序，因此碳量子点不易凝聚，也不易发生上述的消光。而且，可认为若以实质上无溶剂的方式加热来制备碳量子点，则用于生成碳量子点的缩合反应的反应位点限于上述有机化合物与硼化合物在固体状态下的接触点，生成的碳量子点的种类、粒子尺寸被限定，因此发光量子产率也变高。
[0023]需要说明的是，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。
[0024]·
混合物制备工序
[0025]在混合物制备工序中，将具有反应性基团且不含硼原子的有机化合物与硼化合物混合，制备混合物。在本说明书中，“反应性基团”是指，与有机化合物中的碳原子键合，在后述的加热工序中，用于使有机化合物之间的缩聚反应等发生的基团，是指有助于形成碳量子点的主骨架的基团。在反应性基团的具体例子中包括：羧基、羟基、环氧基、酰胺基、磺基以及氨基等。这些官能团有时残存于所得到的碳量子点的表面。此外，在本说明书中，将包含硼原子的化合物称为硼化合物，即使在其分子中具有反应性基团，在包含硼原子的情况下，也作为硼化合物。
[0026]需要说明的是，本工序中制备的混合物在不损害本专利技术的目的和效果的范围内，也可以包含除了上述有机化合物和硼化合物以外的化合物。例如，还可以具有：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。其中，上述有机化合物和硼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％。若上述有机化合物和硼化合物的总量为50质量％以上，则能高效地制备碳量子点。
[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)生成碳量子点，并且相对于有机化合物的总量的氮原子的量为20质量％以上的化合物即可。氮原本文档来自技高网...

【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，其为在25℃、1个大气压下为固体的碳量子点的制造方法，所述制造方法包括：将具有反应性基团且不含硼原子的有机化合物与硼化合物混合，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，所述有机化合物中的氮原子的量为20质量％以上，所述硼化合物的量相对于所述有机化合物和所述硼化合物的总量为20质量％...

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