CN104830328B - 一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法，是针对单基质碳量子点白光荧光粉制备难度大、纯度低、易发生由团聚引起的荧光猝灭的情况，以柠檬酸为碳源，L‑半胱氨酸为添加剂，去离子水为溶剂，采用水热合成法制备单基质碳量子点水溶液，经密闭反应、注射过滤、透析、成胶、真空干燥，制成单基质碳量子点白光荧光粉，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的产物为深棕色粉体，粉体颗粒直径≤8nm，色坐标为x＝0.325,y＝0.356，发白光，产物纯度好，达98.5％，未发生由团聚引起的荧光猝灭，可用于制备白光发光二极管，是十分理想的制备单基质碳量子点白光荧光粉的方法。

Description

一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法，属纳米碳材料碳点的制备及应用的技术领域。

背景技术

半导体固体光源发光二极管具有安全、节能、寿命长、响应快、发光强度高的优点，在降低照明能耗、提供高质量光源方面具有广阔的前景。

单基质白光发光二极管多采用稀土基发光材料和半导体量子点作为荧光粉,但是稀土基发光材料价格昂贵、光效率低，半导体量子点含有毒性元素Cd、Pb、Hg，均无法满足单基质白光发光二极管在节能、环保方面的要求。

由于碳量子点具有价格低廉、发射光谱宽、稳定性高、低毒、荧光可调控的优良特点，因此碳量子点是一种理想的单基质白光荧光粉材料。但其制备难度大、纯度低、易发生由团聚引起的荧光猝灭，使其在白光发光二极管中的应用受到了很大限制。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术状况，以柠檬酸为碳源、L-半胱氨酸为添加剂、去离子水为溶剂，采用水热合成法制备单基质碳量子点水溶液，经密闭反应、注射过滤、透析、成胶、真空干燥，制成单基质白光荧光粉，以大幅度提高白光荧光粉的化学物理性能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：柠檬酸、L-半胱氨酸、聚乙烯醇、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

(2)制备单基质碳量子点水溶液

单基质碳量子点水溶液的制备是在水热反应釜内进行的，是在加热、水热合成状态下完成的；

①配制溶液

称取柠檬酸2.1014g±0.001g、L-半胱氨酸2.4232g±0.001g，量取去离子水40mL±0.1mL，加入聚四氟乙烯容器内，搅拌5min，使其溶解，成混合溶液；

②将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于水热反应釜内，并密闭；

③将水热反应釜置于加热炉内，密闭、加热，加热温度200℃±2℃，加热时间360min；

混合溶液在加热过程中，将发生化学反应，反应方程式如下：

式中：CDs：碳量子点

NH₃：氨气

H₂S：硫化氢

④冷却，反应结束后，停止加热，使水热反应釜随炉冷却至25℃；

(3)注射过滤

①开启加热炉，打开水热反应釜，取出聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液；

②用无菌注射器抽取聚四氟乙烯容器内混合溶液，用微孔滤膜进行注射式过滤，留存滤液，弃掉滤饼；

(4)透析

①将滤液置于纤维素透析袋内，并密封；

②将透析袋置于带密封盖的玻璃容器内，然后加入去离子水800mL，去离子水要淹没透析袋；

③将装有透析袋的玻璃容器置于磁力搅拌器上，进行加热转动透析，加热温度30℃，透析转数30r/min，透析时间3h；

④透析重复进行三次，透析后留存透析袋内混合溶液；

(5)成胶

量取透析液1.08mL，称取聚乙烯醇0.081g±0.001g，在85℃±2℃下，加入到塑料管中，混合搅拌60min，成混合溶液；

(6)真空干燥

将混合溶液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度8Pa，干燥时间12h，得单基质碳量子点白光荧光粉；

(7)检测、分析、表征

将制备的单基质碳量子点白光荧光粉的形貌、色泽、官能团、光学性能、化学物理性能进行检测、分析与表征；

用透射电子显微镜进行碳量子点的形貌分析；

用傅里叶红外光谱仪进行碳量子点的官能团分析；

用紫外可见分光光度计和荧光光谱仪进行碳量子点的光学性能分析；

结论：单基质碳量子点白光荧光粉为深棕色粉体，粉体颗粒直径≤8nm，在422nm处有强发射峰，发白光，色坐标为x＝0.325,y＝0.356，产物纯度为98.5％，未发生由团聚引起的荧光猝灭；

(8)产物储存

将制备的单基质碳量子点白光荧光粉储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对单基质白光荧光粉制备难度大、纯度低、易发生由团聚引起的荧光猝灭的情况，以柠檬酸为碳源，L-半胱氨酸为添加剂，去离子水为溶剂，采用水热合成法制备单基质碳量子点水溶液，经密闭反应、注射过滤、透析、成胶、真空干燥，制成单基质碳量子点白光荧光粉，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的产物为深棕色粉体，粉体颗粒直径≤8nm，色坐标为x＝0.325,y＝0.356，发白光，产物纯度好，达98.5％，未发生由团聚引起的荧光猝灭，可用于制备白光发光二极管，是十分理想的制备单基质碳量子点白光荧光粉的方法。

附图说明

图1.单基质碳量子点水溶液制备状态图

图2.单基质碳量子点白光荧光粉透射电子显微镜形貌图

图3.单基质碳量子点白光荧光粉红外光谱图

图4.单基质碳量子点白光荧光粉荧光光谱图

图5.单基质碳量子点白光荧光粉色坐标图

图中所示，附图标记清单如下：

1.加热炉，2.炉盖，3.炉座，4.工作台，5.反应釜，6.聚四氟乙烯容器，7.混合溶液，8.显示屏，9.指示灯，10.电源开关，11.加热温度控制器，12.加热时间控制器，13.炉腔，14.反应釜盖。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为单基质碳量子点水溶液制备状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。

制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。

单基质碳量子点水溶液的制备是在水热反应釜内进行的，是在加热、水热合成状态下完成的；

加热炉1为立式，加热炉1的上部为炉盖2、下部为炉座3，加热炉1内为炉腔13，在炉腔13的内底部设有工作台4，在工作台4上置放反应釜5，反应釜5内置放聚四氟乙烯容器6，聚四氟乙烯容器6内为混合溶液7，反应釜5由反应釜盖14密闭；在炉座3上设有显示屏8、指示灯9、电源开关10、加热温度控制器11、加热时间控制器12。

图2所示，为单基质碳量子点白光荧光粉透射电子显微镜形貌图，图中所示，单基质碳量子点的颗粒直径≤8nm。

图3所示，为单基质碳量子点白光荧光粉红外光谱图，图中所示，单基质碳量子点在3433cm^-1处有-OH峰、在1707cm^-1处有-C＝O峰、在1583cm^-1处有-NH峰，在2565cm^-1处表现出-SH的特征吸收峰，说明在水热体系下，碳源与添加剂通过脱水、聚合和碳化，最终形成表面具有含氧、含氮和含硫官能团的碳量子点。

图4所示，为单基质碳量子点白光荧光粉荧光光谱图，图中所示，单基质碳量子点发射波长随激发波长的变化而改变，并且在紫外光区波长小于380nm处表现出较强的荧光强度，这一特点表明，所合成的单基质碳量子点适合做基于紫外芯片的发光二极管荧光粉。

图5所示，为单基质碳量子点白光荧光粉色坐标图，图中所示，单基质碳量子点的色坐标为x＝0.325,y＝0.356。

Claims (2)

1.一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：柠檬酸、L-半胱氨酸、聚乙烯醇、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

(2)制备单基质碳量子点水溶液

单基质碳量子点水溶液的制备是在水热反应釜内进行的，是在加热、水热合成状态下完成的；

①配制溶液

称取柠檬酸2.1014g±0.001g、L-半胱氨酸2.4232g±0.001g，量取去离子水40mL±0.1mL，加入聚四氟乙烯容器内，搅拌5min，使其溶解，成混合溶液；

②将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于水热反应釜内，并密闭；

③将水热反应釜置于加热炉内，密闭、加热，加热温度200℃±2℃，加热时间360min；

混合溶液在加热过程中，将发生化学反应，反应方程式如下：

式中：CDs：碳量子点

NH₃：氨气

H₂S：硫化氢

④冷却，反应结束后，停止加热，使水热反应釜随炉冷却至25℃；

(3)注射过滤

①开启加热炉，打开水热反应釜，取出聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液；

②用无菌注射器抽取聚四氟乙烯容器内混合溶液，用微孔滤膜进行注射式过滤，留存滤液，弃掉滤饼；

(4)透析

①将滤液置于纤维素透析袋内，并密封；

②将透析袋置于带密封盖的玻璃容器内，然后加入去离子水800mL，去离子水要淹没透析袋；

③将装有透析袋的玻璃容器置于磁力搅拌器上，进行加热转动透析，加热温度30℃，透析转数30r/min，透析时间3h；

④透析重复进行三次，透析后留存透析袋内混合溶液；

(5)成胶

量取透析液1.08mL，称取聚乙烯醇0.081g±0.001g，在85℃±2℃下，加入到塑料管中，混合搅拌60min，成混合溶液；

(6)真空干燥

将混合溶液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度8Pa，干燥时间12h，得单基质碳量子点白光荧光粉；

(7)检测、分析、表征

将制备的单基质碳量子点白光荧光粉的形貌、色泽、官能团、光学性能、化学物理性能进行检测、分析与表征；

用透射电子显微镜进行碳量子点的形貌分析；

用傅里叶红外光谱仪进行碳量子点的官能团分析；

用紫外可见分光光度计和荧光光谱仪进行碳量子点的光学性能分析；

结论：单基质碳量子点白光荧光粉为深棕色粉体，粉体颗粒直径≤8nm，在422nm处有强发射峰，发白光，色坐标为x＝0.325,y＝0.356，产物纯度为98.5％，未发生由团聚引起的荧光猝灭；

(8)产物储存

将制备的单基质碳量子点白光荧光粉储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。

2.根据权利要求1所述的一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法，其特征在于：单基质碳量子点水溶液的制备是在水热反应釜内进行的，是在加热、水热合成状态下完成的；

加热炉(1)为立式，加热炉(1)的上部为炉盖(2)、下部为炉座(3)，加热炉(1)内为炉腔(13)，在炉腔(13)的内底部设有工作台(4)，在工作台(4)上置放反应釜(5)，反应釜(5)内置放聚四氟乙烯容器(6)，聚四氟乙烯容器(6)内为混合溶液(7)，反应釜(5)由反应釜盖(14)密闭；在炉座(3)上设有显示屏(8)、指示灯(9)、电源开关(10)、加热温度控制器(11)、加热时间控制器(12)。