CN110184050B - 一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法，该方法以三元醇和芳香二胺为原料，采用微波法促进碳化反应的进行，通过控制强酸溶液的种类、浓度及用量，制得了发射波长在410‑610nm之间的碳量子点粉末材料，开创了微波法制备近全光谱发射碳量子点的先例。本发明方法具有工艺简单、成本较低、产品性能稳定等优点。

Description

一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法
技术领域
本发明涉及纳米碳材料及荧光功能材料技术领域，具体涉及一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法。
背景技术
碳量子点(简称碳点)是碳材料家族中的新生力量，自2004年Scrivens课题组的Xu等人通过凝胶电泳的方式制备出一种可光致发光的碳点后，此类材料逐渐引起了研究者们的极大关注。碳点相对于其他发光材料具有很多突出的优点，比如制备原料多样易得、制备方法多样化、优异的水溶性、较高的量子产率、可协调的发光光谱、量子尺寸较小、毒性低、生物相容性好等，这些优点使得碳点在生物医药、光电器件、离子检测、传感、光催化等领域均有广泛的应用。
当前制备全光谱发光碳点的方法多为水热法，该方法将反应物溶于去离子水中，在高压反应釜中高温反应12h或更长时间，最后分离、洗涤、干燥得到相应发射波长的碳点产品。Ding等人[Ding H,Yu S,et al.(2016)ACS Nano,10(1):484-491]以尿素和对苯二胺为原料，在160℃高温下水热反应12h小时后，用硅胶柱分离得到了全光谱发光碳点；陈等人[CN105647526B]报道了一种近全光谱碳量子点及其制备方法，该碳点由有机酸(柠檬酸)和有机胺(乙醇胺)水热合成得到，存在合成周期长、操作复杂等问题；Zhu等人[Zhu S,MengQ,Wang L,Yang B,et al.(2013)Angew.Chem.Int.Edit.,52:1-6]以柠檬酸和乙二胺为原料，使用水热法合成了激发波长依赖的红、绿、蓝三原色碳点。综上可知，虽然水热法制得的碳点产品稳定且均一性好，但是制备过程耗时较长、耗费材料较多、反应条件苛刻等不利因素，导致合成成本偏高。另一方面，目前关于碳点的报道有很多，然而有关碳纳米点发光带隙调控的报道并不多，阻碍了碳纳米点在固态照明领域的发展应用。这也就是说，优化全光谱发光碳点的制备方法具有极大的意义和价值。
碳量子点的另外一种制备方法为微波法，该方法具有耗时较短、设备要求低、操作步骤简单等优点。张等人[CN103588193B]以壳聚糖为原料，通过两步分段微波法制备出了一种高纯度蓝紫色荧光发射碳量子点；张等人[CN106701066A]以氨基酸和乙二胺为原料，合成了一种蓝色发光的碳量子点。目前采用微波法合成碳量子点的报道还有很多，但是涉及全光谱碳量子点的研究很少，也就是说现有技术中暂未发现利用微波法合成全光谱碳量子点的先例。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法。该方法具有工艺简单、成本较低等优点，制得的近全光谱发光碳量子点性能稳定，能极大的推动碳点的应用发展。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法，包括以下步骤：将三元醇和芳香二胺混合后加热熔融，再加入强酸溶液并搅拌均匀，最后微波加热进行碳化反应，分离提纯得到近全光谱发射碳量子点。
进一步的，所述三元醇具体为丙三醇或丁三醇，所述芳香二胺具体为对苯二胺或邻苯二胺。
进一步的，三元醇和芳香二胺的摩尔比为(1-50):(1-10)。
进一步的，强酸溶液与芳香二胺用量比为(0.001-1)L:(0.1-10)mol。所述强酸溶液为硫酸水溶液、硝酸水溶液、盐酸水溶液、磷酸水溶液中的任意一种，强酸溶液的质量分数为35％-95％。
进一步的，三元醇与芳香二胺混合后加热至35-75℃。
进一步的，微波加热功率为400-900W，碳化反应时间为10min以内。
进一步的，分离提纯过程具体如下：碳化反应完成后冷却至室温，向混合物中加入去离子水、乙醇、乙二醇、异丙醇中的至少一种，超声分散后过滤，收集滤液并蒸干，得到碳量子点固体粉末。
进一步的，所述近全光谱发射碳量子点的荧光发射峰波长在410-610nm范围之内，对应的荧光颜色包括蓝色、蓝绿色、绿色、黄色、红色等。
现有的微波法多数将原料溶解在去离子水中反应，而本发明为无水体系，原料三元醇和芳香二胺在强酸催化下发生氧化反应，借助微波加热脱水碳化形成石墨化晶格，可直接合成出365nm激发下的发光碳点，且发光颜色从蓝色跨越到红色。反应完成后杂原子掺杂进碳点中增加了体系的共轭程度，使得碳点体系共轭程度不同，因此可以调控碳核表面基团分布从而获得不同发射波长(410-610nm)的碳点。
与CN107934936A相比，本发明将原本1-2h的合成时间缩短到10min以内，将侧重点从提高荧光量子产率调整到碳点荧光发射波长的调节。更重要的是本发明为无溶剂体系，强酸并非是溶剂，其作用在于催化三元醇和芳香二胺的反应，后续也无需除溶剂等操作，节约了大量原料和能源。除此之外，采用本发明方法制得的碳量子点粉末材料性能优异，通过改变工艺参数可灵活有效的调控其荧光发射峰波长及颜色，波长及颜色调节范围广(波长410-610nm，颜色蓝到红)，达到了近全光谱发射要求。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的碳量子点粉末的蓝色发光光谱图；
图2为本发明实施例2制得的碳量子点粉末的蓝绿色发光光谱图；
图3为本发明实施例3制得的碳量子点粉末的绿色发光光谱图；
图4为本发明实施例4制得的碳量子点粉末的黄色发光光谱图；
图5为本发明实施例5制得的碳量子点粉末的红色发光光谱图；
图6为本发明实施例1-5制得的碳量子点粉末的归一化发光光谱图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
实施例1
准确称取丁三醇3g(28mmol)、对苯二胺0.1081g(1mmol)，将称量好的原料置于烧杯中加热至65℃使其完全熔融，再加入200μL质量分数为85％的磷酸水溶液。将混合物转移至微波发生器中，以700W的功率加热4min，取出得到深棕色固体粉末。固体粉末研磨后与一定量去离子水混合，过滤除去不溶性大颗粒，得到碳量子点水溶液。将碳量子点水溶液放入烘箱中干燥12h，最终得到碳量子点固体粉末，记为CD-1。
该碳量子点固体粉末的荧光发射光谱图如图1所示，从图中可以看出其荧光发射峰为410nm，对应的荧光颜色为蓝色。
实施例2
准确称取丁三醇3g(28mmol)、对苯二胺0.1081g(1mmol)，将称量好的原料置于烧杯中加热至65℃使其完全熔融，再加入462μL质量分数为65％的硝酸水溶液。将混合物转移至微波发生器中，以700W的功率加热4min，取出得到深棕色固体粉末。固体粉末研磨后与一定量去离子水混合，过滤除去不溶性大颗粒，得到碳量子点水溶液。将碳量子点水溶液放入烘箱中干燥12h，最终得到碳量子点固体粉末，记为CD-2。
该碳量子点固体粉末的荧光发射光谱图如图2所示，从图中可以看出其荧光发射峰为455nm，对应的荧光颜色为蓝绿色。
实施例3
准确称取丙三醇3g(28mmol)、对苯二胺0.1081g(1mmol)，将称量好的原料置于烧杯中加热至65℃使其完全熔融，再加入450μL质量分数为85％的硫酸水溶液。将混合物转移至微波发生器中，以700W的功率加热4min，取出得到深棕色固体粉末。固体粉末研磨后与一定量去离子水混合，过滤除去不溶性大颗粒，得到碳量子点水溶液。将碳量子点水溶液放入烘箱中干燥12h，最终得到碳量子点固体粉末，记为CD-3。
该碳量子点固体粉末的荧光发射光谱图如图3所示，从图中可以看出其荧光发射峰为502nm，对应的荧光颜色为绿色。
实施例4
准确称取丁三醇3g(28mmol)、对苯二胺0.1081g(1mmol)，将称量好的原料置于烧杯中加热至65℃使其完全熔融，再加入549μL质量分数为37％的磷酸水溶液。将混合物转移至微波发生器中，以700W的功率加热4min，取出得到深棕色固体粉末。固体粉末研磨后与一定量去离子水混合，过滤除去不溶性大颗粒，得到碳量子点水溶液。将碳量子点水溶液放入烘箱中干燥12h，最终得到碳量子点固体粉末，记为CD-4。
该碳量子点固体粉末的荧光发射光谱图如图4所示，从图中可以看出其荧光发射峰为545nm，对应的荧光颜色为黄色。
实施例5
准确称取丁三醇3g(28mmol)、对苯二胺0.2162g(1mmol)，将称量好的原料置于烧杯中加热至65℃使其完全熔融，再加入70μL质量分数为85％的硫酸水溶液。将混合物转移至微波发生器中，以700W的功率加热4min，取出得到深棕色固体粉末。固体粉末研磨后与一定量去离子水混合，过滤除去不溶性大颗粒，得到碳量子点水溶液。将碳量子点水溶液放入烘箱中干燥12h，最终得到碳量子点固体粉末，记为CD-5。
该碳量子点固体粉末的荧光发射光谱图如图5所示，从图中可以看出其荧光发射峰为610nm，对应的荧光颜色为红色。
将图1-5进行归一化处理后得到图6。由图6可知，简单调节反应条件(如酸的浓度、种类、用量等)就能得到不同发射波长及颜色的碳量子点材料，从而首开创了微波法制备近全光谱发光碳量子点的先例。

Claims (8)

1.一种近全光谱发射碳量子点的可控合成方法，其特征在于包括以下步骤：将三元醇和芳香二胺混合后加热熔融，再加入强酸溶液并搅拌均匀，最后微波加热进行碳化反应，分离提纯得到近全光谱发射碳量子点；所述三元醇具体为丙三醇或丁三醇，所述芳香二胺具体为对苯二胺。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：三元醇和芳香二胺的摩尔比为1-50:1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：强酸溶液与芳香二胺的用量比为(0.001-1)L:(0.1-10)mol。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述强酸溶液为硫酸水溶液、硝酸水溶液、盐酸水溶液、磷酸水溶液中的任意一种，强酸溶液的质量分数为35％-95％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：三元醇与芳香二胺混合后加热至35-75℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：微波加热功率为400-900W，碳化反应时间为10min以内。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分离提纯过程具体如下：碳化反应完成后冷却至室温，接着向混合物中加入去离子水、乙醇、乙二醇、异丙醇中的至少一种，超声分散后过滤，收集滤液并蒸干，得到碳量子点固体粉末。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：制得的近全光谱发射碳量子点的荧光发射峰波长在410-610nm范围之内，对应的荧光颜色包括蓝色、蓝绿色、绿色、黄色、红色。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111647402B (zh) * 2020-07-10 2023-03-31 苏州星烁纳米科技有限公司 碳量子点及其制备方法、示踪剂
CN111718713B (zh) * 2020-07-21 2022-11-29 中南民族大学 碳点及其制备方法和应用、固体发光赋型材料
CN112552907B (zh) * 2021-01-19 2023-08-15 河北大学 具有多种荧光特性的碳点、制备方法及其在led中的应用
CN112898968B (zh) * 2021-01-26 2022-09-02 临沂大学 一种红色荧光碳点的制备方法
US20240174922A1 (en) * 2021-03-24 2024-05-30 Kureha Corporation Method for producing carbon quantum dots

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105647526A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 五邑大学 一种近全光谱荧光纳米碳点及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105647526A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 五邑大学 一种近全光谱荧光纳米碳点及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Facile preparation of bright orange fluorescent carbon dots and the constructed biosensing platform for the detection of pH in living cells;Ding Yuanyuan;《Talanta》;20180619;第189卷;全文 *
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