CN110205121B - 室温磷光碳点材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种室温磷光碳点材料及其制备方法与应用。所述室温磷光碳点材料的制备方法包括的步骤有：将丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中，配制成混合物溶液；将所述混合物溶液于密封环境中进行水热反应处理，后进行纯化处理。本发明室温磷光碳点材料制备方法采用水热法制备生成室温磷光碳点材料，能够使得制备的室温磷光碳点材料具有良好的室温磷光性能，而且毒性低；而且保证制备生成的室温磷光碳点材料颗粒尺寸和磷光性能等稳定，效率高，降低了经济成本。
Description
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，尤其涉及一种室温磷光碳点材料及其制备方法与应用。
背景技术
基于光致发光(PL)、上转换光致发光(UCPL)、磷光等光学材料的发光特性，它们被广泛应用于各个领域。近几十年来，由于室温磷光(RTP)材料的重要性和潜在的应用前景，特别是在光电器件、传感、生物成像、文件安全等方面发展迅速，并引起了广泛的关注。
三重态激子跃迁的自旋禁制性和非辐射衰变过程限制了RTP材料的发展。虽然基于增强自旋轨道耦合和限制振动和转动这两个原则，可以通过多种途径获得各种RTP材料。但是RTP材料仍以有机金属配合物和无金属纯有机化合物为主。并且依然存在许多缺点和不足，如成本高、毒性高、制备工艺复杂等。因此，我们需要开发一种不含金属、长寿命、低成本、低毒性的RTP材料。
近几年，碳点以制备方法简单、低毒性、环境友好、高化学稳定性、抗光漂白等优点，并以其独特的光电性质、低毒性、稳定性好等优势，在生物标记、癌症诊断、荧光传感、太阳能电池等发面有着广泛的应用。固体碳点的发光性质目前研究较少，尤其是室温磷光性质鲜有报道。而且研究发现，目前报道的碳点在应用中还发现存存在室温磷光性质稳定性不理想的缺陷，如研究者将碳点嵌入多种基质(包括聚乙烯醇聚氨酯，硫酸铝钾等)中来避免氧气和水分对磷光性质的干扰，该操作过程过于繁琐，限制了材料的进一步发展及应用。另外，实际生产中发现，公开制备碳点的制备方法制备的碳点性能如磷光性能和颗粒尺寸等不稳定，产率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种室温磷光碳点材料及其制备方法，以解决现有室温磷光碳点材料制备方法制备的碳点性能不稳定，产率低的技术问题。
为了实现本发明的发明目的，本发明的一方面，提供了一种室温磷光碳点材料的制备方法。所述室温磷光碳点材料的制备方法包括如下步骤：
将丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中，配制成混合物溶液；
将所述混合物溶液于密封环境中进行水热反应处理，后进行纯化处理。
本发明的另一方面，提供了一种室温磷光碳点材料。所述室温磷光碳点材料是由本发明室温磷光碳点材料的制备方法生长形成。
本发明的再一方面，提供本发明室温磷光碳点材料的应用。所述室温磷光碳点材料在光电器件、传感器件、生物成像材料、文件安全中的应用。
与现有技术相比，本发明室温磷光碳点材料的制备方法以丙烯酰胺、尿素和柠檬酸为原料，采用水热法直接制备生成室温磷光碳点材料，一方面所述制备方法工艺条件易控，能够保证制备生成的室温磷光碳点材料性能如颗粒尺寸和磷光性能等稳定，而且效率高，降低了经济成本；另一方面使得制备的室温磷光碳点材料具有良好的室温磷光性能，而且毒性低。
本发明室温磷光碳点材料具有良好的室温磷光性能，磷光性能稳定，颗粒尺寸均匀，而且毒性和成本低。
附图说明
图1为本发明实施例室温磷光碳点材料的制备方法流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料的透射电镜图；
图3为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料的粒径分布图；
图4为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料的红外图谱；
图5为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料的X射线光电子能的全谱谱图；
图6为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料中碳元素的X射线光电子能的窄谱谱图；
图7为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料溶液的紫外可见吸收光谱(左侧第一条线)和碳点的最佳激发和发射光谱(左侧第二条线和第三条线)；
图8为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末的紫外可见吸收光谱(左侧第一条线)和碳点的最佳激发和发射光谱(左侧第二条线和第三条线)；
图9为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末的磷光光谱图；
图10为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末的磷光寿命曲线图；
图11为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末在298K和77K的磷光照片；
图12为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末在不同温度下的磷光光谱图
图13为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末在紫外灯持续照射后的磷光强度曲线图；
图14为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末在氧气和氮气气氛下的磷光光谱图；
图15为本发明实施例一提供的室温磷光碳点材料细胞毒性曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供一种室温磷光碳点材料的制备方法。所述室温磷光碳点材料的制备方法工艺流程如图1所示，其包括如下步骤：
步骤S01：将丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中，配制成混合物溶液；
步骤S02：将所述混合物溶液于密封环境中进行水热反应处理，后进行纯化处理。
具体地，所述步骤S01中，丙烯酰胺、尿素和柠檬酸共同构成了制备室温磷光碳点材料的原料。在一实施例中，在将丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中过程中，控制所述丙烯酰胺、尿素和柠檬酸是按照质量比为(1～8):(2～6)：(0.1～1.0)，具体的三者是按照4:4:0.5的比例进行溶解于水中。另一实施例中，按照每1～4g所述丙烯酰胺溶解于10～60ml具体如20ml水的比例将所述丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中，以控制混合物溶液溶质的浓度。通过控制三者的比例和调节所述混合物溶液的浓度，以提高室温磷光碳点材料的质量和得率，如能够在步骤S02中生成纳米粒径的室温磷光碳点材料颗粒，而且具有稳定的室温磷光性能。
另外，为了提高室温磷光碳点材料的得率和质量，降低杂质，步骤S01中的水选用超纯水，具体的可以选用水电阻率为18.4MΩ·cm-1的超纯水。
所述步骤S02中，所述混合物溶液于密封环境中进行水热反应处理过程中，所述混合物溶液中的丙烯酰胺、尿素等成分进行反应，生成室温磷光碳点。其中，柠檬酸的主要作用是为了形成所述室温磷光碳点材料提供主要碳源。尿素是为了提供氮源，同时其与柠檬酸反应时形成重要的吡啶氮，进而促进所述室温磷光碳点材料的系间窜越进程并有效地构建三重态激子。丙烯酰胺的存在不仅是提供所述室温磷光碳点材料所需的氮源和碳源，更重要是的其本身和本身聚合所产生的聚丙稀铣胺可以与所述室温磷光碳点材料中的吡啶氮形成大量的氢键，这些产生的氢键可以有效的稳定所述室温磷光碳点材料的激发三重态的进程，最终使制备的所述室温磷光碳点材料具有室温磷光的性质。
一实施例中，所述水热反应处理的温度为150～210℃，具体如200℃；时间为10～48小时，具体如36小时。通过控制所述水热反应处理的温度和时间控制和调节，以提高室温磷光碳点的磷光性能和提高磷光性能稳定性，且使得生成的室温磷光碳点颗粒尺寸均匀。在具体实施例中，所述水热反应处理可以在聚四氟乙烯反应釜中进行，待水热反应处理后，可以自然冷却到室温。
待水热反应处理后，对水热反应生成物进行的纯化处理方法是将经水热反应处理后的反应液于透析袋进行透析处理。通过透析处理，除去反应物溶液中的杂质，获得纯的室温磷光碳点材料。在具体实施例中，所述透析袋可以但不仅仅选用500Da的透析袋。所述透析处理优选采用超纯水进行透析。通过所述透析处理以除去杂质并获得淡黄色室温磷光碳点材料超纯水溶液。
因此，所述室温磷光碳点材料的制备方法采用水热法制备生成室温磷光碳点材料，能够使得制备的室温磷光碳点材料具有良好的室温磷光性能，而且毒性低；而且保证制备生成的室温磷光碳点材料颗粒尺寸和磷光性能等稳定，效率高，降低了经济成本。
相应地，基于上文所述室温磷光碳点材料的制备方法，本发明实施例还提供了一种室温磷光碳点材料。由于所述室温磷光碳点材料是由上文所述室温磷光碳点材料的制备方法制备获得，因此，所述室温磷光碳点材料具有如上文所述的特性：具有良好的室温磷光性能，磷光性能稳定，颗粒尺寸均匀，而且毒性和成本低。
具体的如经透射电镜表征得知，所述室温磷光碳点材料的粒径为的3～5nm。对所述室温磷光碳点材料进行红外测试得知，所述室温磷光碳点材料含有包括-OH、-COOH、C-O-C、-CH2-、CONH和C-N/C＝N中的至少一种。对所述室温磷光碳点材料进行X射线光电子能谱分析得知，所述室温磷光碳点材料含有C、O和N三种元素，且C、O和N三种元含量分别为65.3％、25.2％和9.5％；进一步对所述室温磷光碳点材料中C元素的进行X射线光电子能谱分析得知，所述室温磷光碳点材料中的化学键以C-C/C＝C、C-O/C-N、CONH和C＝O/C＝N为主。
同时经测得，所述室温磷光碳点材料水溶液和粉末样品荧光性质的研究发现，所述室温磷光碳点材料在260和340nm处有两个吸收峰，而且室温磷光碳点材料的溶液和粉末的最佳激发波长和发射波长分别为420nm和488nm。其溶液和粉末的紫外可见吸收峰值、最佳激发波长和最佳发射波长与室温磷光碳点材料的溶液样品保持一致。
对所述室温磷光碳点材料的磷光性质得知，低温能减弱所述室温磷光碳点材料的激子的振动效应，增强长三重态激子的寿命。具体的如，所述室温磷光碳点材料粉末在365nm的紫外灯照射后，碳点粉末发出绿色磷光，其最高发射峰位置为516nm。此外，对所述室温磷光碳点材料粉末磷光寿命的测试得知，制备其磷光寿命为459ms。所述室温磷光碳点材料粉末在298K下，磷光可以持续7s时间；当温度降为77K时，碳点粉末的磷光强度相对298K下变强。
对所述室温磷光碳点材料的磷光稳定性检测得知，所述室温磷光碳点材料粉末的磷光强度会随着温度的逐渐增加而逐渐减弱，当所述室温磷光碳点材料粉末在365nm的紫外灯辐照60分钟后，其磷光强度相比于辐照前由小幅减弱。此外，所述室温磷光碳点材料粉末分别在氧气和氮气的氛围下，其磷光强度基本一致。对所述室温磷光碳点材料的细胞毒性研究发现，其无毒。
基于上文室温磷光碳点材料具有上述该些优点，因此，所述室温磷光碳点材料在光电器件、传感器、生物成像材料、文件安全等中的应用。当所述室温磷光碳点材料在该些领域应用时，能够提高相应器件的相关性能优越性和相关性能的稳定性。
以下通过多个具体实施例来举例说明本发明实施例室温磷光碳点材料及其制备方法和应用等。
实施例一
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例二
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取1g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例三
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取8g丙烯酰胺，4g尿素和0.1g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例四
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，2g尿素和0.1g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例五
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，6g尿素和0.1g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例七
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.1g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例八
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和1g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例九
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热48小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例十
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热10小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例十一
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温200℃加热48小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例十二
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温150℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
实施例十三
本实施例一提供了室温磷光碳点材料及其制备方法。所述室温磷光碳点材料按照包括如下步骤的方法制备：
S11：分别称取4g丙烯酰胺，4g尿素和0.5g柠檬酸以备用；
S12：将称量好的丙烯酰胺、尿素和柠檬酸放入装有20mL超纯水(水电阻率为18.4MΩ·cm-1)的烧杯中，搅拌混匀；
S13：将上述混匀的溶液装入30mL的聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜至于烘箱中恒温210℃加热36小时后，将温度将为室温；
S14：将反应后获得的棕色溶液装入500Da的透析袋，在装有2L超纯水的烧杯中透析，以除去杂质并获得淡黄色碳点溶液；
S15：将获得的淡黄色碳点溶液放入真空冷冻干燥机中干燥，最终获得黄色室温磷光碳点粉末。
相关特性测试
1.对本发明实施例室温磷光碳点材料进行表征分析：
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料进行透射电镜表征，其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料的透射电镜照片如图2所示。由所述透射电镜照片可知，所述室温磷光碳点材料的粒径大约为3～5nm，其中，如图2所示的室温磷光碳点材料晶格间距为0.21nm对应的是石墨碳的(100)晶面。
利用动态光散射粒度仪对上述实施例一至实施例七提供的室温磷光碳点材料进行粒径分布分析，其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粒径分布如图3所示。由如图3所示的所述粒径分布分析可知，所述室温磷光碳点材料的粒径主要分布在5nm左右，这与透射电镜表征的结果相当。
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料进行红外测试，其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料的红外图谱如图4所示。由所述红外图谱可知，所述室温磷光碳点材料含有多种化学键和基团，即-OH、-COOH、C-O-C、-CH2-、CONH和C-N/C＝N。
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料和所含C元素进行X射线光电子能谱分析，其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料的X射线光电子能谱图如图5所示，实施例一提供的室温磷光碳点材料所含C元素的X射线光电子能谱图如图6所示。由所述室温磷光碳点材料的X射线光电子能谱图可知，所示室温磷光碳点材料含有C、O和N三种元素，且元素含量分别为65.3％、25.2％和9.5％。由所述室温磷光碳点材料所含C元素的X射线光电子能谱图可知，所述室温磷光碳点材料中的化学键以C-C/C＝C、C-O/C-N、CONH和C＝O/C＝N为主。
2.对本发明实施例室温磷光碳点材料进行荧光性质分析：
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末和溶液分别进行紫外可见吸收光谱、最佳激发和发射光谱分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料溶液的紫外可见吸收光谱、最佳激发和发射光谱图如图7所示，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末的紫外可见吸收光谱、最佳激发和发射光谱图如图8所示。由所述室温磷光碳点材料溶液的紫外可见吸收光谱、最佳激发和发射光谱图可知，所述室温磷光碳点材料溶液在260和340nm处有两个吸收峰，分别对应了C＝C的π-π*跃迁和C＝O/C＝N的n-π*跃迁，其中C＝O或C＝N会引起材料从激发态到三重态的系间穿越。并且碳点溶液的最佳激发波长和发射波长分别为420nm和488nm。对于室温磷光碳点材料粉末而言，其紫外可见吸收峰值、最佳激发波长和最佳发射波长与碳点的溶液样品保持一致。
3.对本发明实施例室温磷光碳点材料进行磷光性质分析：
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末进行磷光光谱和磷光寿命分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末的磷光光谱如图9所示，其磷光寿命如图10所示。由所述磷光光谱图9可知，所述室温磷光碳点材料粉末在365nm的紫外灯照射后，所述室温磷光碳点材料粉末发出绿色磷光，其最高发射峰位置为516nm。由所述磷光寿命图10可知，所述室温磷光碳点材料的磷光寿命为459ms。
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末分别于298K和77K下的磷光分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末于298K和77K下的磷光照片如图11所示。由所述磷光光谱图11可知，所述室温磷光碳点材料粉末在298K下，磷光可以持续7s时间；当温度降为77K时，所述室温磷光碳点材料粉末的磷光强度变强，该结果表明低温能减弱激子的振动效应，增强长三重态激子的寿命。
4.对本发明实施例室温磷光碳点材料进行磷光稳定性分析：
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末于不同温度下的磷光光谱分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末不同温度下的磷光光谱图如图12所示。由不同温度下的所述磷光光谱图可知，所述室温磷光碳点材料粉末的磷光强度会随着温度的逐渐增加而逐渐减弱，这是由于振动效应猝灭了碳点粉末的长寿命三线态的磷光强度。
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末于紫外灯持续照射后的磷光强度分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末于紫外灯持续照射后的磷光强度变化如图13所示。由图13所示曲线可知，所述室温磷光碳点材料在365nm的紫外灯辐照60分钟后，其磷光强度相比于辐照前由小幅减弱。
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末分别在氧气和氮气的氛围下磷光光谱分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末于分别在氧气和氮气的氛围下磷光光谱如图14所示。由氧气和氮气的氛围下磷光光谱曲线可知，所述室温磷光碳点材料分别在氧气和氮气的氛围下，其磷光强度基本一致，这是由于碳点粉末中的氢键阻止了氧气的渗透。
将上述实施例一至实施例十三提供的室温磷光碳点材料粉末分别进行细胞毒性分析。其中，实施例一提供的室温磷光碳点材料粉末的细胞毒性实验的细胞成活率曲线如图15所示。由图15所示曲线可知，所述室温磷光碳点材料的浓度为800μg/mL时，细胞的存货率大约为90％，说明制备的所述室温磷光碳点材料基本无毒。
由上述分析结果可知，本发明实施例利用水热方法一步制备的室温磷光碳点材料具有稳定的室温磷光性质，且无毒性，完全能够满足目前人们对室温磷光材料的需求，扩展了所述室温磷光碳点材料的应用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种室温磷光碳点材料的制备方法，包括如下步骤：
将丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中，配制成混合物溶液；
将所述混合物溶液于密封环境中进行水热反应处理，后进行纯化处理，得到室温磷光碳点材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述丙烯酰胺、尿素和柠檬酸是按照质量比为(1～8):(2～6):(0.1～1.0)的比例进行溶解于水中；和/或
按照每1～4g所述丙烯酰胺溶解于10～60ml水的比例将所述丙烯酰胺、尿素和柠檬酸按比例溶解于水中。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述水为超纯水。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述水热反应处理的温度为150～210℃，时间为10～48小时。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述纯化处理的方法是将经水热反应处理后的反应液于透析袋进行透析处理。
6.一种室温磷光碳点材料，其特征在于：所述室温磷光碳点材料由权利要求1-5任一所述的制备方法制备获得。
7.如权利要求6所述的室温磷光碳点材料，其特征在于：所述室温磷光碳点材料含有包括-OH、-COOH、C-O-C、-CH2-、CONH和C-N/C＝N中的至少一种；
所述室温磷光碳点材料含有C、O和N三种元素，且C、O和N三种元含量分别为65.3％、25.2％和9.5％。
8.如权利要求6所述的室温磷光碳点材料，其特征在于：所述室温磷光碳点材料具有以下至少一种特征：
所述室温磷光碳点材料粉末在365nm的紫外灯照射后，其发出绿色磷光；
所述室温磷光碳点材料粉末的最高发射峰位置为516nm；
所述室温磷光碳点材料的溶液在260nm和340nm处有两个吸收峰，最佳激发波长为420nm，发射波长分别为488nm；
所述室温磷光碳点材料粉末在365nm的紫外灯照射后，最高发射峰位置为516nm；
所述室温磷光碳点材料的磷光寿命为459ms，所述室温磷光碳点材料粉末在298K下，磷光持续7s时间，
所述室温磷光碳点材料粉末的磷光强度随着温度的逐渐增加而逐渐减弱。
9.如权利要求6-8任一项所述的室温磷光碳点材料，其特征在于：所述室温磷光碳点材料的粒径为的3～5nm。
10.如权利要求8或9所述的室温磷光碳点材料在光电器件、传感器件、生物成像材料、文件安全中的应用。
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