CN116285973A - 一种紫光碳点及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫光碳点及其制备方法和应用。其中，一种紫光碳点的制备方法，将柠檬酸、乙酰丙酮铝、氢氧化铝以及去离子水混合均匀，得到固液混合物；然后将固液混合在210℃下热解反应5h，反应完成后进行研磨30min，得到聚集状态的碳点，所述紫光碳点用于医学美容设备。本发明公开的一种紫光碳点及其制备方法和应用，采用热解法进行铝元素掺杂的碳点的制备，可获得单次产量达到百克级以上的蓝紫色碳点，且该碳点在固体聚集状态下发光稳定、不猝灭，并具有较好的耐高温特性，蓝紫色碳点的发射波长为390‑420nm，可以有效用于医疗上，尤其是医学美容方面。
Description
技术领域
本发明涉及碳量子点合成技术领域，尤其涉及一种紫光碳点及其制备方法和应用。
背景技术
现有研究表明，400-420nm的蓝紫光已被证明可以显著降低皮肤中的痤疮丙酸杆菌水平(痤疮丙酸杆菌是引发炎症性痤疮的关键因素)，减少痤疮的炎症活动(JournalofTheEuropeanAcademyofDermatologyand Venerology，2013，1168-1171)。
目前医美的光疗领域中蓝紫光采用蓝紫色荧光粉，通常蓝紫色荧光粉都是稀土掺杂的无机氧化物荧光粉，这种荧光粉一般不能有效回收利用，将带来一定的资源浪费和环境污染。
碳点是碳基纳米材料中的后起之秀，碳点是一种尺寸小于10nm的零维碳基材料。相较于稀土发光材料，碳点无毒、对生物友好、原料易得且廉价、且环保，在光电器件、传感、能源、防伪、生物医学等领域有着诸多的潜在应用。碳点的发光具有多色性：通过改变碳基上的掺杂原子种类，或者碳点尺寸，可以调控碳点的发射波长和发光亮度。目前碳点发射可调的波长范围主要集中在蓝绿光、红光、黄光、白光等几个范围；对碳点紫光发射的研究仍然非常稀缺，这大大限制了碳点在医美的光疗领域方面的应用。
另外，虽然碳点具有优异的光学性能，但是在聚集状态下，碳点通常会发生聚集诱导的荧光猝灭。这意味着在溶液中或分散状态下，碳点可以有很强的荧光发射，但在固体或聚集状态下会发生强烈的荧光猝灭，这个问题极大限制了碳点在固态发光器件中的实际应用。
因此，急需提出一种在固体聚集状态下发光稳定、不猝灭，可以规模制备的可实现蓝紫色光发射的碳点，进而实现对现有蓝紫色荧光粉的取代，实现碳点在固态发光器件中的应用。
发明内容
本发明公开了一种紫光碳点及其制备方法和应用，以克服现有技术中紫光碳点的稀缺，克服碳点在固体聚集状态下会发生聚集诱导的荧光猝灭的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种紫光碳点的制备方法，所述方法包括：将柠檬酸、乙酰丙酮铝、氢氧化铝以及去离子水混合均匀，得到固液混合物；然后将固液混合在210℃下热解反应5h，反应完成后进行研磨30min，得到固体聚集状态的碳点。
进一步地，以重量份数计，各原料的添加量为：柠檬酸2份、乙酰丙酮铝0.1-0.5份、氢氧化铝1-4份，去离子水100份。
进一步地，以重量份数计，各原料的添加量为：柠檬酸2份、乙酰丙酮铝0.5份、氢氧化铝1份，去离子水100份。
进一步地，所述碳点的发射光落在CIE1931色度图上的特定区域内，其中通过连接五个色坐标形成所述特定区域，所述五个坐标是(0.23,0.18)、(0.22,0.14)(0.24，0.19)、(0.21,0.14)、(0.24,0.23)。
进一步地，所述碳点的粒径为2-3nm。
进一步地，采用烘干箱进行热解反应。
为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种紫光碳点，采用所述的制备方法制得，所述碳点的发射波长为350-420nm。
进一步地，所述碳点的发射波长为390-420nm。
为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种紫光碳点的用途，将所述紫光碳点用于医学美容设备。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明采用热解法进行铝元素掺杂的碳点的制备，该种合成方法可获得单次产量达到百克级以上的蓝紫色碳点，其产率为38-46％，且该碳点在固体聚集状态下发光稳定、不猝灭。
第二、通过调整碳元素和铝元素摩尔比，可以实现一定范围内的蓝紫色发射波长的连续可调。其发射波长为390-420nm，可以有效用于医疗上，尤其是医学美容方面。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1公开的碳点1在254nm波长激发下发射光谱图；
图2为本发明实施例2公开的碳点2在254nm波长激发下发射光谱图；
图3为本发明实施例3公开的碳点3在254nm波长激发下发射光谱图；
图4为本发明实施例3公开的碳点3的漫反射光谱图；
图5为本发明实施例3公开的碳点3的XRD图；
图6为本发明实施例3公开的碳点3的TEM图；
图7为本发明实施例4公开的碳点4在254nm波长激发下发射光谱图；
图8为本发明实施例5公开的碳点5在254nm波长激发下发射光谱图；
图9为本发明实施例1-5制备的碳点的CIE色度图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-9，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
实施例1
一种紫光碳点的制备方法，所述方法包括：称量2g柠檬酸，0.1g乙酰丙酮铝，1g氢氧化铝进行混合并研磨，然后将研磨后的混合物置于烧杯中，随后加入100ml去离子水，磁力搅拌2h，得到固液混合物；
将得到的固液混合物放置于210℃的烘箱中热解5h，得到聚集状态的碳点样品，将聚集状态的碳点样品用玛瑙研钵研磨30min，得到粒径为2-3nm的目标产物1.42g，记为碳点1，产率为45.8％。
图1为本实施例制备的碳点1在254nm波长激发下发射光谱，从图1中可以看出，荧光发射波峰位置为397nm。
实施例2
和实施例1的区别仅在于，称量2g柠檬酸，0.2g乙酰丙酮铝，1g氢氧化铝进行混合并研磨，得到的目标产物1.45g，记为碳点2，产率为45.3％。
图2为本实施例制备的碳点2在254nm波长激发下发射光谱，从图2中可以看出，荧光发射波峰位置为399nm。
实施例3
和实施例1的区别仅在于，称量2g柠檬酸，0.5g乙酰丙酮铝，1g氢氧化铝进行混合并研磨，得到的目标产物1.57g，记为碳点3，产率为44.9％。
图3为本实施例制备的碳点3在254nm波长激发下发射光谱，从图3中可以看出，荧光发射波峰位置为400nm。
图4为本实施例制备的碳点3的漫反射光谱图，从图4中可以看出，所制备的碳点在整个可见光部分都有吸收，在紫外光部分的吸收很强。
图5为本实施例制备的碳点3的XRD图。
图6为本实施例制备的碳点3的TEM图，从图6中可以看出，碳点已被成功制备，并呈现均匀的圆形纳米粒子。
实施例4
和实施例3的区别仅在于，称量2g柠檬酸，0.5g乙酰丙酮铝，2g氢氧化铝进行混合并研磨，得到的目标产物1.75g，记为碳点4，产率为38.9％。
图7为本实施例制备的碳点4在254nm波长激发下发射光谱，从图7中可以看出，荧光发射波峰位置为402nm。
实施例5
和实施例3的区别仅在于，称量2g柠檬酸，0.5g乙酰丙酮铝，4g氢氧化铝进行混合并研磨，得到的目标产物2.75g，记为碳点5，产率为42.3％。
图8为本实施例制备的碳点5在254nm波长激发下发射光谱，从图8中可以看出，荧光发射波峰位置为405nm。
图9为实施例1-5制备的碳点的CIE色度图，从图9中可以看出，碳点1的坐标为(0.23,0.18)，碳点2的坐标为(0.22,0.14)，碳点3的坐标为(0.24，0.19)，碳点4的坐标为(0.21,0.14)、碳点5的坐标为(0.24,0.23)，通过连接五个色坐标形成蓝紫色区，可以看出，所制备的碳点的发光均为蓝紫色发射。
结合实施例1-5和对比例1-3，可以看出，通过调整乙酰丙酮铝和氢氧化铝的比例可以调控所得碳点的蓝紫色发射波长的移动，当乙酰丙酮铝和氢氧化铝的比例增大时，蓝紫色发射波长会红移，主发射峰的红移范围为1-3nm，由于后面的其他可见光发射的影响，碳点的颜色会变紫；当乙酰丙酮铝和氢氧化铝的比例减小时，蓝紫色发射波长同样会红移，主发射峰的红移范围为1-5nm，由于后面的其他可见光发射的影响，碳点的颜色会变蓝。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种紫光碳点的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将柠檬酸、乙酰丙酮铝、氢氧化铝以及去离子水混合均匀，得到固液混合物；然后将固液混合在210℃下热解反应5h，反应完成后进行研磨30min，得到固体聚集状态的碳点。
2.根据权利要求1所述的一种紫光碳点的制备方法，其特征在于，以重量份数计，各原料的添加量为：柠檬酸2份、乙酰丙酮铝0.1-0.5份、氢氧化铝1-4份，去离子水100份。
3.根据权利要求2所述的一种紫光碳点的制备方法，其特征在于，以重量份数计，各原料的添加量为：柠檬酸2份、乙酰丙酮铝0.5份、氢氧化铝1份，去离子水100份。
4.根据权利要求1所述的一种紫光碳点的制备方法，其特征在于，所述碳点的发射光落在CIE1931色度图上的特定区域内，其中通过连接五个色坐标形成所述特定区域，所述五个坐标是(0.23,0.18)、(0.22,0.14)(0.24，0.19)、(0.21,0.14)、(0.24,0.23)。
5.根据权利要求1所述的一种紫光碳点的制备方法，其特征在于，所述碳点的粒径为2-3nm。
6.根据权利要求1所述的一种紫光碳点的制备方法，其特征在于，采用烘干箱进行热解反应。
7.一种紫光碳点，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的制备方法制得，所述紫光碳点的发射波长为350-420nm。
8.根据权利要求7所述的一种紫光碳点，其特征在于，所述紫光碳点的发射波长为390-420nm。
9.如权利要求7-8任意一项所述的一种紫光碳点的用途，其特征在于，将所述紫光碳点用于医学美容设备。
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- 2023-02-27 CN CN202310170172.2A patent/CN116285973B/zh active Active
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