本發(fā)明涉及磷光碳量子點(diǎn)，特別涉及無(wú)基質(zhì)磷光碳量子點(diǎn)，具體是一種以葡萄糖、天冬氨酸為原料制備碳量子點(diǎn)的方法，以及所制備的碳量子點(diǎn)在防偽，信息加密等領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

室溫磷光(rtp)由于有較高的電致發(fā)光效率、較長(zhǎng)的時(shí)間壽命等特性，吸引了越來(lái)越多關(guān)注。因?yàn)槠鋬?yōu)良的特性，可以廣泛應(yīng)用于防偽，化學(xué)傳感器，光伏電子器件等方面。到目前為止，rtp材料主要是含有貴金屬的配位絡(luò)合物，不僅材料昂貴，而且對(duì)環(huán)境和生物體都會(huì)造成污染，因此開(kāi)發(fā)純有機(jī)磷光材料是必需的。然而，純有機(jī)rtp材料的制備依然存在制備過(guò)程復(fù)雜，很難大規(guī)模合成的問(wèn)題。

作為零維結(jié)構(gòu)的碳量子點(diǎn)以其優(yōu)越的熒光性能、抗光漂白性、水溶性、無(wú)毒性、生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、傳感、儲(chǔ)能、led、光催化和光伏等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。一般而言，碳量子點(diǎn)具有良好的熒光發(fā)光性能，但碳量子點(diǎn)室溫磷光鮮有報(bào)道。此外，為了防止氧氣、水份等物質(zhì)對(duì)磷光淬滅，很多研究者將碳點(diǎn)分散在基質(zhì)中，保護(hù)磷光不被淬滅。但存在合成過(guò)程繁瑣，量子產(chǎn)率低，發(fā)光時(shí)間短，毒性大等問(wèn)題，增加了碳量子點(diǎn)的成本，限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)基質(zhì)磷光碳量子點(diǎn)及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明提供的一種無(wú)基質(zhì)磷光碳量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

1)將葡萄糖和天冬氨酸放置于容器中，加入氫氧化鈉水溶液，充分?jǐn)嚢?，超聲得到澄清溶液?/p>

2)將裝有澄清溶液的容器放置于油浴中，加熱120-180℃反應(yīng)2-8分鐘，得到固體；

3)取出容器，自然冷卻，加入二次水，攪拌，使固體溶解，得到磷光碳量子點(diǎn)水溶液；

4)將上述磷光碳量子點(diǎn)水溶液冷凍干燥后得到目標(biāo)產(chǎn)物。

所述步驟1)中葡萄糖、天冬氨酸、氫氧化鈉和水的質(zhì)量比為0.1-0.9∶0.3-0.4∶0.1-0.2∶2-4。

所述步驟2)中加熱溫度優(yōu)選為150℃，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為5分鐘。

上述方法制備的磷光碳量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熒光量子產(chǎn)率較高，磷光壽命長(zhǎng)，可用于防偽、信息加密等領(lǐng)域，也可在光電器件中應(yīng)用。

本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明操做步驟簡(jiǎn)單，不需要后續(xù)添加任何基質(zhì)，即可得到目標(biāo)碳量子點(diǎn)。

(2)原材料葡萄糖、天冬氨酸均為普通試劑，與傳統(tǒng)量子點(diǎn)制備所需的昂貴反應(yīng)底物相比來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。

(3)操作簡(jiǎn)易，能在短時(shí)間內(nèi)快速完成反應(yīng)，節(jié)能省時(shí)。

(4)本發(fā)明制得的碳量子點(diǎn)在水溶液中都具有良好的溶解度和分散性，并且是粒徑小于10nm的納米顆粒。

(5)本發(fā)明制得的碳量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，量子產(chǎn)率較高，所得碳量子點(diǎn)的絕對(duì)量子產(chǎn)率在21％～35％之間。

總之，本發(fā)明操作工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛，制備條件要求低且相對(duì)溫和，所得碳點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熒光量子產(chǎn)率較高，解決了現(xiàn)有碳量子點(diǎn)制備方法因工藝和原料限制而無(wú)法規(guī)模化生產(chǎn)等問(wèn)題，并且，該碳量子點(diǎn)磷光的壽命長(zhǎng)達(dá)747ms，量子產(chǎn)率高達(dá)35％。在防偽、信息加密、光電器件領(lǐng)域有很大的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)的磷光和熒光發(fā)射光譜圖(320nm激發(fā))；

圖2為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)的紅外光譜圖，圖中橫坐標(biāo)為檢測(cè)波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為透過(guò)率；

圖3為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)的xps光譜圖；

圖4為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)的透射電鏡圖；

圖5為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)在紫外燈開(kāi)(左)關(guān)(右)狀態(tài)的圖片；

圖6為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)在信息加密和防偽中應(yīng)用的圖片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

步驟1，分別稱量0.3250g天冬氨酸和0.1125g葡萄糖置于燒杯中，隨后加入3ml氫氧化鈉(1m/l)溶液水，充分?jǐn)嚢?，超聲得到澄清溶液?/p>

步驟2，將裝有澄清溶液的燒杯放置于油浴中，加熱150℃反應(yīng)5分鐘，得到淺黃色固體；

步驟3，取出燒杯，自然冷卻，向其中加入10ml二次水；攪拌，使固體溶解，得到碳量子點(diǎn)水溶液；

步驟4，將上述碳量子點(diǎn)水溶液冷凍干燥后得到磷光碳量子點(diǎn)，其絕對(duì)量子產(chǎn)率為35％；

對(duì)本實(shí)施例的碳量子點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試及應(yīng)用，見(jiàn)圖1-6。

圖6為實(shí)施例1制備的碳量子點(diǎn)在信息加密和防偽中的應(yīng)用。取實(shí)施例1中所獲得磷光碳量子點(diǎn)0.5g，加入1ml的二次水，超聲10分鐘，灌入洗干凈的中性筆芯(0.5mm)中，在濾紙上寫(xiě)下“山西大學(xué)”四個(gè)字，50℃烘箱放置20min，放置紫外燈下(365nm)照射5min，拍攝數(shù)碼照片(左)；關(guān)閉紫外燈，拍攝數(shù)碼照片(中)；隨后放置濕度為80％的恒溫恒濕箱5min，將濾紙放置紫外燈下照射5min，關(guān)閉紫外燈，拍攝數(shù)碼照片(右)。上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明環(huán)境中的濕度對(duì)磷光碳量子點(diǎn)發(fā)光現(xiàn)象影響明顯，所以通過(guò)調(diào)控環(huán)境中濕度的變化可控制磷光碳量子點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度，從而可實(shí)現(xiàn)信息加密和防偽。

實(shí)施例2

步驟1，分別稱量0.325g天冬氨酸和0.225g葡萄糖置于燒杯中，隨后加入3ml氫氧化鈉(1m/l)溶液水，充分?jǐn)嚢?，超聲得到澄清溶液?/p>

步驟2，將裝有澄清溶液的燒杯放置于油浴中，加熱150℃反應(yīng)5分鐘，得到淺黃色固體；

步驟3，取出燒杯，自然冷卻，向其中加入10ml二次水；

步驟4，將上述碳量子點(diǎn)水溶液冷凍干燥后得到磷光碳量子點(diǎn)，其絕對(duì)量子產(chǎn)率為27％。

實(shí)施例3

步驟1，分別稱量0.325g天冬氨酸和0.45g葡萄糖置于燒杯中，隨后加入3ml氫氧化鈉(1m/l)溶液水，充分?jǐn)嚢瑁暤玫匠吻迦芤海?/p>

步驟2，將裝有澄清溶液的燒杯放置于油浴中，加熱150℃反應(yīng)5分鐘，得到淺黃色固體；

步驟3，取出燒杯，自然冷卻，向其中加入10ml二次水；

步驟4，將上述碳量子點(diǎn)水溶液冷凍干燥后得到磷光碳量子點(diǎn)，其絕對(duì)量子產(chǎn)率為25％。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)基質(zhì)磷光碳量子點(diǎn)及其制備方法和應(yīng)用。所述碳量子點(diǎn)的制備：以葡萄糖和天冬氨酸為原料，加入氫氧化鈉水溶液，超聲得到澄清溶液，油浴加熱150℃反應(yīng)5分鐘，得到固體磷光性質(zhì)的碳點(diǎn)。本發(fā)明磷光碳量子點(diǎn)量子產(chǎn)率高，壽命長(zhǎng)，且合成只需一步，不需要加入額外的基質(zhì)。所述碳量子點(diǎn)可用于防偽，信息加密等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：高藝芳;韓輝;路雯婧;劉洋;弓曉娟;雙少敏;董川
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.03
技術(shù)公布日：2017.11.03