KR20220015528A - Shape-specific carbon quantum dots for multiple color emission and Method of preparing the same - Google Patents

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KR20220015528A
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김종성
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가천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a shape-specific carbon quantum dot capable of emitting multicolor fluorescence capable of controlling the shape, size, and fluorescence color of the carbon quantum dot through a reaction time and a solvent, and a method for manufacturing the same. The method for manufacturing a shape-specific carbon quantum dot of the present invention uses phloroglucinol, water and a catalyst, and can control the size and fluorescence color of the carbon quantum dot through time control at a temperature of 150 to 250 deg. C. The method for manufacturing a shape-specific carbon quantum dot of the present invention forms a triangular and quadrangular ring compound by dehydrating phloroglucin, and can manufacture blue, green, and yellow carbon quantum dots by controlling the time of a dehydration reaction.

Description

다색 형광 방출이 가능한 형상 특이적 탄소 양자점 및 이의 제조방법{Shape-specific carbon quantum dots for multiple color emission and Method of preparing the same}Shape-specific carbon quantum dots capable of emitting multi-color fluorescence and method for preparing the same

본 발명은 다색 형광 방출이 가능한 형상 특이적 탄소 양자점 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탄소 양자점의 형상, 크기, 형광색을 반응 시간과 용매를 통해 제어할 수 있는 다색 형광 방출이 가능한 형상 특이적 탄소 양자점 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a shape-specific carbon quantum dot capable of emitting multicolor fluorescence and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a multicolor fluorescence emission capable of controlling the shape, size, and fluorescence color of the carbon quantum dot through a reaction time and a solvent. It relates to a shape-specific carbon quantum dot and a method for manufacturing the same.

탄소양자점은 수 nm 크기의 탄소 입자로 2004년 사우스캐롤라이나대 월터 스크리벤스(Walter scrivens)교수팀이 검댕을 정제하는 과정에서 우연히 발견하였으며 최근 효율적인 합성법 개발을 목표로 많은 연구가 진행되고 있다. 탄소 양자점은 비정질(amorphous)탄소형 나노구조로, 다이아몬드형 나노구조인 나노 다이아몬드와 흑연(Graphite)형 나노구조인 그래핀, 나노튜브, 풀러렌과 구별되는 완전히 새로운 종류의 물질이다. 21세기 들어 다양한 탄소 나노구조들, 특히 그래핀, 나노튜브, 풀러렌의 형태와 물성에 대한 규명이 상당 부분 이루어진 반면 탄소 양자점이 나타내는 다양한 물성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 탄소 양자점은 값싸고 안전한 재료를 이용할 뿐만 아니라 생체적합성과 안정성을 두루 갖추고 있어 기존 양자점의 단점을 보완할 수 있는 후보로 각광받고 있다.Carbon quantum dots are carbon particles with a size of several nm. In 2004, a team led by Professor Walter scrivens at the University of South Carolina in the process of refining soot, a lot of research is being conducted with the goal of developing an efficient synthesis method. Carbon quantum dots are an amorphous carbon-type nanostructure, and are a completely new type of material that is distinguished from nanodiamonds, which are diamond-shaped nanostructures, and graphene, nanotubes, and fullerenes, which are graphite-type nanostructures. In the 21st century, many studies have been made on the shape and properties of various carbon nanostructures, particularly graphene, nanotubes, and fullerenes, while studies on the various properties of carbon quantum dots are lacking. Carbon quantum dots are attracting attention as candidates to complement the shortcomings of existing quantum dots because they not only use cheap and safe materials, but also have biocompatibility and stability.

최근, 다양한 종류의 탄소 양자점이 바이오-이미징, 광촉매, 바이오물질이나 특정 화합물의 검지 목적으로 제조되고 있다. 탄소 양자점은 낮은 독성을 지니며, 생체 친화적인 장점을 가진다.Recently, various types of carbon quantum dots have been manufactured for the purpose of bio-imaging, photocatalysts, and detection of biomaterials or specific compounds. Carbon quantum dots have low toxicity and biocompatibility.

하지만 탄소 양자점은 많은 분야에 응용가능성이 있음에도 불구하고, 대량으로 생산할 수 있는 화학적 합성방법이 잘 알려져 있지 않으며, 탄소 양자점을 제작하는 방법에 있어서 생산효율이 낮고, 입자의 크기, 표면상태 등을 인위적으로 조절하는 것에 어려운 문제점이 있다.However, although carbon quantum dots have applicability in many fields, a chemical synthesis method that can be mass-produced is not well known. There is a difficult problem in controlling it.

한국 등록번호 10-1403534호에 유기 화합물, 유기용매와 촉진제를 220℃ 온도의 고온에서 고압반응기로 가열하여 탄소양자점을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 등록 특허는 유기용매나 고온 고압 조건으로 탄소 양자점을 제조하고, 유기물의 농도로서 탄소 양자점의 크기를 조절한다. 그러나 유기 용매나 고압방식으로는 공정이 복잡해지고, 유기물의 농도를 이용하여 탄소 양자점의 크기를 효율적으로 제어하기가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 상기 한국 등록특허에는 탄소 양자점의 크기뿐만 아니라 형상, 형광색을 통해 제어할 수 있는 방법에 대해서는 언급이 없었다. Korean Registration No. 10-1403534 discloses a method for preparing carbon quantum dots by heating an organic compound, an organic solvent, and an accelerator in a high-pressure reactor at a high temperature of 220° C. The registered patent prepares carbon quantum dots in an organic solvent or high-temperature and high-pressure conditions, and controls the size of carbon quantum dots as a concentration of organic matter. However, there is a problem in that the organic solvent or high pressure method makes the process complicated and it is difficult to efficiently control the size of the carbon quantum dots by using the concentration of the organic material. In addition, in the Korean patent registration, there is no mention of a method capable of controlling the size of the carbon quantum dots as well as the shape and the fluorescence color.

본 발명은 공정이 간단하면서도 친환경적인 방법으로 탄소 양자점을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a method for producing carbon quantum dots in a simple and environmentally friendly method.

본 발명은 탄소 양자점의 크기뿐만 아니라 형상, 형광색을 제어할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method capable of controlling the shape and fluorescence color as well as the size of carbon quantum dots.

본 발명의 하나의 양상은 One aspect of the present invention is

플로로글루신올(phloroglucinol), 물 및 촉매를 혼합하는 단계 ;mixing phloroglucinol, water and a catalyst;

혼합된 용액을 150~250℃로 가열하는 단계를 포함하는 다색 탄소 양자점 제조방법으로서, 상기 방법은 상기 가열 단계의 시간을 조절하여 생성되는 탄소 양자점의 크기 및 형광색을 제어하는 형상 특이적 탄소 양자점의 제조방법에 관련된다.A method for producing multicolor carbon quantum dots comprising heating a mixed solution to 150 to 250° C., wherein the method controls the size and fluorescence color of carbon quantum dots generated by controlling the time of the heating step. It relates to the manufacturing method.

다른 양상에서, 본 발명은 플로로글루신올(phloroglucinol), 물 및 촉매를 혼합하여 제조된 탄소 양자점으로서, 상기 탄소 양자점은 삼각형상 및 사각형상 결정인 형상 특이적 탄소 양자점에 관련된다.In another aspect, the present invention relates to carbon quantum dots prepared by mixing phloroglucinol, water and a catalyst, wherein the carbon quantum dots are shape-specific carbon quantum dots that are triangular and quadrangular crystals.

본 발명의 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법은 플로로글루신올(phloroglucinol), 물과 촉매를 사용하고, 150~250℃의 온도에서 시간 조절을 통해 탄소양자점의 크기 및 형광색을 제어할 수 있다. The shape-specific carbon quantum dot manufacturing method of the present invention uses phloroglucinol, water and a catalyst, and can control the size and fluorescence color of the carbon quantum dots through time control at a temperature of 150 to 250 ° C.

본 발명의 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법은 플로로글루신을 탈수반응시켜 삼각, 사각형상의 화합물을 형성시키고, 탈수 중합 반응의 시간 조절을 통해 청색, 녹색, 황색 탄소 양자점을 각각 제조할 수 있다. In the shape-specific carbon quantum dot manufacturing method of the present invention, a triangular or rectangular compound is formed by dehydrating phloroglucin, and blue, green, and yellow carbon quantum dots can be prepared respectively by controlling the time of the dehydration polymerization reaction.

본 발명의 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법은 탄소 양자점의 삼각 및 사각 형상, 크기, 형광색을 반응 시간과 용매를 통해 제어할 수 있다. The shape-specific carbon quantum dot manufacturing method of the present invention can control the triangular and square shape, size, and fluorescence color of carbon quantum dots through reaction time and solvent.

도 1은 시간에 따라 크기 및 형광이 제어되는 본 발명의 탄소 양자점의 제조 공정을 보여준다.
도 2는 본 발명에서 제조된 탄소 양자점의 TEM 이미지, XRD 패턴, 라만 스펙트럼 및 전류측정곡선이다.
도 3은 본 발명에서 제조된 탄소 양자점의 형광특성을 보여준다.
도 4는 탄소 양자점이 분산된 용매에 따른 형광특성을 보여준다.
1 shows the manufacturing process of carbon quantum dots of the present invention in which size and fluorescence are controlled with time.
2 is a TEM image, XRD pattern, Raman spectrum and current measurement curve of the carbon quantum dots prepared in the present invention.
3 shows the fluorescence characteristics of the carbon quantum dots prepared in the present invention.
4 shows fluorescence characteristics according to a solvent in which carbon quantum dots are dispersed.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 태양을 도면을 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는 하기 실시 태양에 대한 설명 또는 도면에 제한되지 아니한다. 즉, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited to the description or drawings of the following embodiments. That is, the terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprises" or "have" described in this specification are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or the It should be understood that the above does not preclude the possibility of the existence or addition of other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법은 혼합단계, 가열 단계를 포함한다. The shape-specific carbon quantum dot manufacturing method of the present invention includes a mixing step and a heating step.

상기 혼합단계는 플로로글루신올(phloroglucinol) 및 촉매를 물에 넣어 혼합하는 단계이다. The mixing step is a step of mixing phloroglucinol and a catalyst in water.

상기 플로로글루신올은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기화합물이다. The phloroglucinol is an organic compound having a structure of the following formula (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

플로로글루신올은 대칭적인 활성 양성자와 활성 hydroxyl 그룹을 가진다. 즉, 플로로글루신올은 삼중대칭구조로 3개의 OH기와 3개의 H기가 있는데 한 분자의 OH기는 다른 분자의 H기와 반응하여 탈수축합반응으로 H2O가 떨어지면서 결합한다. 이러한 삼중대칭 구조로인해 한 분자는 다른 3개의 분자와 three meta-positions에서 결합하게 되고 반응시간을 늘릴수록 더 많은 분자들이 결합하여 다른색을 발광하는 탄소양자점을 만들 수 있다. Phloroglucinol has symmetrical active protons and active hydroxyl groups. That is, phloroglucinol has a triple symmetric structure and there are three OH groups and three H groups. The OH group of one molecule reacts with the H group of the other molecule, and the H 2 O falls through the dehydration condensation reaction and bonds. Due to this triple symmetric structure, one molecule is bound to three other molecules in three meta-positions, and as the reaction time is increased, more molecules are combined to form carbon quantum dots that emit different colors.

플로로글루신올은 고온에서 열과 촉매에 의해 이웃한 -OH기와, -H기를 탈수축합반응으로 제거함으로써, 플로로글루신올의 고리는, 탄소양자점(CQD)의 3분자가 이루는 고리를 만드는 반응 경로에 기인한다. 반면, 플로로글루신올의 이성질체인 Hydroxyquinol과 pyrogallol은 본 발명과 같은 형태 특이적인 탄소양자점을 형성할 수 없다. Phloroglucinol removes adjacent -OH and -H groups by dehydration condensation reaction at high temperature by heat and catalyst, so that the ring of phloroglucinol is made up of three molecules of carbon quantum dots (CQD). due to the reaction pathway. On the other hand, hydroxyquinol and pyrrogallol, which are isomers of phloroglucinol, cannot form shape-specific carbon quantum dots as in the present invention.

상기 플로로글루신올은 물 1ml 대비 90~110mg이 첨가될 수 있다.The phloroglucinol may be added in an amount of 90 to 110 mg compared to 1 ml of water.

상기 촉매는 플로로글루신올의 탈수 축합반응을 촉진할 수 있는 황산 등일 수 있다.The catalyst may be sulfuric acid or the like capable of accelerating the dehydration condensation reaction of phloroglucinol.

상기 가열단계는 혼합된 용액을 150~250℃로 가열하는 단계이다. 상기 가열단계는 플로로글루신올의 탈수 축합반응이 연속적으로 이루어져 나노입자 결정이 생성되는 단계이다. The heating step is a step of heating the mixed solution to 150 ~ 250 ℃. The heating step is a step in which the dehydration condensation reaction of phloroglucinol is continuously performed to generate nanoparticle crystals.

상기 가열단계는 150~250℃, 바람직하게는 180~220℃일 수 있다. 상기 가열단계는 별도의 가압없이 수행될 수 있다.The heating step may be 150 ~ 250 ℃, preferably 180 ~ 220 ℃. The heating step may be performed without a separate pressurization.

상기 가열단계에서 압력은 대기압 일 수 있다. In the heating step, the pressure may be atmospheric pressure.

상기 가열단계는 상기 플로로글루신올 분자들을 탈수 및 중합시켜 환 형태의 화합물을 형성하는 단계 및 상기 환 형태의 화합물에 상기 플로로글루신올 분자를 추가적으로 탈수 축합 반응시켜 삼각 및 사각 결정의 탄소양자점으로 성장시키는 결정화 단계를 포함할 수 있다.In the heating step, the phloroglucinol molecules are dehydrated and polymerized to form a cyclic compound, and the phloroglucinol molecules are additionally dehydrated and condensed to the cyclic compound to form triangular and quadrangular crystalline carbons. It may include a crystallization step of growing into quantum dots.

상기 가열단계는 150~250℃의 고온에서 일어나므로, 질산, 과산화수소, 과망간산칼륨과 같은 용매는 고온에서 곧장 증발하여 최종 제품으로 탄화된 탄화 덩어리를 얻게 되지만, 황산의 비점은 매우 높기 때문에(~340℃) 고온반응에서 촉매로 작용될 수 있다. 따라서 촉매로서는 황산이 바람직하다. Since the heating step occurs at a high temperature of 150 to 250 ° C, solvents such as nitric acid, hydrogen peroxide, and potassium permanganate evaporate directly at high temperature to obtain a carbonized mass as a final product, but since the boiling point of sulfuric acid is very high (~ 340 ℃) can act as a catalyst in a high-temperature reaction. Therefore, sulfuric acid is preferable as the catalyst.

도 1을 참고하면, 상기 환 형태의 화합물 형성단계는 상기 플로로글루신올 분자들의 탈수 반응으로 6각형 고리(six membered ring cyclization, 環化)가 만들어지며 화합물이 형성되는 단계이다. Referring to FIG. 1 , the step of forming the compound in the ring form is a step in which a hexagonal ring (six membered ring cyclization, 環化) is formed by dehydration of the phloroglucinol molecules and the compound is formed.

상기 결정화 단계는 상기 환 형태의 화합물에 상기 플로로글루신올 원자들이 추가적으로 탈수 반응에 의해 결정으로 성장하는 단계이다.The crystallization step is a step in which the phloroglucinol atoms are additionally grown into crystals by a dehydration reaction in the cyclic compound.

도 1을 참고하면, 상기 결정화 단계에서는 플로로글루신올에 -OH가 1, 3, 5 탄소에 배치되어 있어서, 삼각, 사각 형상의 결정으로 균일하게 성장될 수 있다.Referring to FIG. 1 , in the crystallization step, -OH in phloroglucinol is disposed at 1, 3, and 5 carbons, so that it can be uniformly grown into triangular and rectangular crystals.

본 발명은 상기 가열 단계의 시간을 조절하여 생성되는 탄소 양자점의 크기 및 형광색을 제어할 수 있다.In the present invention, the size and fluorescence color of the generated carbon quantum dots can be controlled by adjusting the time of the heating step.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 상기 가열단계의 시간을 20~35분 동안 유지하여 청색 탄소 양자점을 제조하고, 상기 가열단계의 시간을 45~60분 동안 유지하여 녹색 탄소 양자점을 제조하고, 상기 가열단계의 시간을 80~100분 동안 유지하여 황색 탄소 양자점을 제조할 수 있다.More specifically, the present invention prepares blue carbon quantum dots by maintaining the time of the heating step for 20 to 35 minutes, maintaining the time of the heating step for 45 to 60 minutes to produce green carbon quantum dots, and the heating By maintaining the time of the step for 80 to 100 minutes, it is possible to prepare yellow carbon quantum dots.

본 발명은 상기 가열시간을 조절하여 크기가 3~5nm인 청색 탄소양자점, 크기가 4~6nm인 녹색 탄소 양자점, 크기가 5~8nm인 황색 탄소양자점을 제조할 수 있다.In the present invention, by controlling the heating time, a blue carbon quantum dot having a size of 3 to 5 nm, a green carbon quantum dot having a size of 4 to 6 nm, and a yellow carbon quantum dot having a size of 5 to 8 nm can be prepared.

이와 같이, 유기물을 고온 고압으로 분해하고, 탄화하여 나노입자로 결정화하는 종래 방식과 달리, 본 발명은 고온에서의 탈수 축합 반응으로 탄소 양자점을 제조할 수 있다.In this way, unlike the conventional method of decomposing organic matter at high temperature and high pressure, carbonizing, and crystallizing nanoparticles into nanoparticles, the present invention can produce carbon quantum dots by dehydration condensation reaction at high temperature.

본 발명은 가열반응 단계 이후에 혼합용액을 원심분리하여 탄소 양자점을 수득할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 5,000~20,000 rpm으로 원심분리를 실시할 수 있다.In the present invention, carbon quantum dots can be obtained by centrifuging the mixed solution after the heating reaction step. For example, in the present invention, centrifugation may be performed at 5,000 to 20,000 rpm.

상기 방법으로 제조된 형상 특이적 탄소 양자점은 삼각형상 및 사각형상 결정일 수 있다.The shape-specific carbon quantum dots prepared by the above method may be triangular and quadrangular crystals.

상기 청색 탄소 양자점은 크기가 3~5nm, 상기 녹색 탄소 양자점은 크기가 4~6nm 및 상기 황색 탄소 양자점은 크기가 5~8nm일 수 있다.The blue carbon quantum dots may have a size of 3 to 5 nm, the green carbon quantum dots may have a size of 4 to 6 nm, and the yellow carbon quantum dots may have a size of 5 to 8 nm.

상기 녹색 탄소 양자점과 상기 황색 탄소 양자점은 분산된 용매의 극성이 증가함에 따라 형광색이 적색 편이될 수 있다.The fluorescence color of the green carbon quantum dots and the yellow carbon quantum dots may be redshifted as the polarity of the dispersed solvent increases.

이하, 본 발명을 첨부된 실시 예 및 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 구체적인 실시태양을 예시할 뿐, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하려는 의도는 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying embodiments and drawings. However, the accompanying examples only illustrate specific embodiments of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예 1Example 1

탄소양자점의 제조Production of carbon quantum dots

phloroglucinol(플로로 글루시놀) 200mg을 100-mL 유리 비이커에 첨가 한 후, 각각 2 mL의 물 및 농축 된 H2SO4를 첨가하였다. 희미한 황색을 띤 용액을 190℃의 일정한 온도로 예열 된 열풍 오븐에 보관하고 반응 시간을 25, 50 및 90 분 동안 유지하여 각각 청색, 녹색 및 황색 탄소 양자점(B-CQDs, G-CQDs 및 Y-CQDs)을 수득하였다. 열 반응의 각 기간 후에, 비이커를 즉시 꺼내어 실온으로 냉각시켰다. 5mL의 탈 이온수를 각 생성물에 첨가 한 후, 원심 분리를 고속 (13000rpm)으로 수행하여 CQD를 수집하고, 이를 물로 세척 한 다음, DI 물에 대해 72 시간 동안 투석하였다(분자량 500 Da의 셀룰로오스 에스테르 막 사용). 투석 된 생성물을 건조시킨 후 에탄올에 분산시킨 후 0.22-미크론 필터를 사용하여 여과 하였다(3 여과 사이클). 마지막으로, 여과액을 건조시켜 CQDs 분말을 각각 얻었다. 200 mg of phloroglucinol (phloroglucinol) was added to a 100-mL glass beaker, and then 2 mL of water and concentrated H2SO4 were added respectively. The pale yellowish solution was stored in a hot-air oven preheated to a constant temperature of 190 °C and the reaction time was maintained for 25, 50 and 90 min, respectively, for blue, green and yellow carbon quantum dots (B-CQDs, G-CQDs and Y- CQDs) were obtained. After each period of thermal reaction, the beaker was immediately removed and cooled to room temperature. After 5 mL of deionized water was added to each product, centrifugation was performed at high speed (13000 rpm) to collect CQDs, which were washed with water, and then dialyzed against DI water for 72 hours (a cellulose ester membrane with a molecular weight of 500 Da). use). The dialyzed product was dried, dispersed in ethanol, and filtered using a 0.22-micron filter (3 filtration cycles). Finally, the filtrate was dried to obtain CQDs powder, respectively.

도 2a-c는 B-CQDs, G-CQDs 및 Y-CQDs의 HR-TEM이고, 도 2d는 XRD 패턴, 2e는 라만 스펙트럼 4f는 l-t 커브이다. 도 2-c를 참고하면, 수득된 탄소양자점의 크기가 3~5nm(B-CQDs), 4~6nm(G-CQDs), 5~8nm(Y-CQDs)이고, 형상이 삼각, 사각 구조의 결정임을 확인할 수 있다. Figures 2a-c are HR-TEM of B-CQDs, G-CQDs and Y-CQDs, Figure 2d is an XRD pattern, 2e is a Raman spectrum, 4f is an I-t curve. Referring to FIG. 2-c, the obtained carbon quantum dots have a size of 3 to 5 nm (B-CQDs), 4 to 6 nm (G-CQDs), and 5 to 8 nm (Y-CQDs), and the shapes are triangular and square. decision can be confirmed.

도 2d를 참고하면, 전구체의 16.8°, 21.6°, 22.9°, 25.2° 및 27.3°부근의 높은 결정성의 피크가 중합과 탈수, 탄화 과정을 통해 넓은 피크로 변환되었음을 알 수 있다. Referring to Figure 2d, it can be seen that the high crystallinity peaks around 16.8°, 21.6°, 22.9°, 25.2° and 27.3° of the precursor were converted into broad peaks through polymerization, dehydration, and carbonization processes.

도 3a는 phloroglucinol와 제조된 탄소양자점의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다. phloroglucinol는 266nm에서의 피크를 보여주지만, B-CQDs, G-CQDs 및 Y-CQDs의 피크는 각각 280nm, 289nm, 305nm로 적색편이가 일어남을 알 수 있다. 도 3a는 반응시간이 길수록 더 큰 양자점이 생성되고, 또한, 적색편이 현상도 더 커짐을 보여준다. Figure 3a is a UV-vis absorption spectrum of phloroglucinol and the prepared carbon quantum dots. Although phloroglucinol shows a peak at 266 nm, it can be seen that the peaks of B-CQDs, G-CQDs and Y-CQDs are redshifted to 280 nm, 289 nm, and 305 nm, respectively. Figure 3a shows that as the reaction time is longer, larger quantum dots are generated, and the redshift phenomenon is also larger.

도 3b는 에탄올에 분산된 B-CQDs, G-CQDs 및 Y-CQDs의 여기 및 발광 스펙트럼을 보여준다. 도 3b를 참고하면, 세 개의 탄소양자점은 모두 여기파장이 345~350nm에 위치하고 있으나, 최대 발광 파장은 438nm, 512nm, 550nm에 위치한다. 도 3c는 다양한 여기 파장에 따른 PL 방출 파장을 도시한 것이다. 이것은 에탄올에 분산된 탄소양자점이 여기 파장 의존적임을 보여준다. 도 3d는 퀴닌 설페이트(quinine sulfate)를 사용하여 측정한 양자수율을 도시한 그래프이다. 양자수율은 B-, G-, and Y-CQDs 각각 1.03, 23, 6,95%이다. Figure 3b shows the excitation and emission spectra of B-CQDs, G-CQDs and Y-CQDs dispersed in ethanol. Referring to FIG. 3B , all three carbon quantum dots have excitation wavelengths of 345 to 350 nm, but the maximum emission wavelengths are located at 438 nm, 512 nm, and 550 nm. Figure 3c shows the PL emission wavelength according to various excitation wavelengths. This shows that the carbon quantum dots dispersed in ethanol are excitation wavelength dependent. Figure 3d is a graph showing the quantum yield measured using quinine sulfate (quinine sulfate). The quantum yields of B-, G-, and Y-CQDs are 1.03, 23, and 6,95%, respectively.

도 4a과 도 4b는 여러 용매에 각각 분산된 G-CQDs, Y-CQDs 의 PL 발광 분포 곡선이다. G-CQDs는 435(청색, 에틸아세테이트)~512nm(녹색, 에탄올)로, Y-CQDs는 446nm(청색, 에틸아세테이트)~566nm(엘로우 오렌지, DMSO)로 적색편이 되었다. 4a and 4b are PL emission distribution curves of G-CQDs and Y-CQDs dispersed in various solvents, respectively. G-CQDs were redshifted from 435 (blue, ethyl acetate) to 512 nm (green, ethanol), and for Y-CQDs from 446 nm (blue, ethyl acetate) to 566 nm (yellow orange, DMSO).

도 4a를 참고하면, G-CQDs 의 PL 최대 발광 파장은 435nm(에틸아세테이트), 436nm(THF), 435nm(아세톤니트릴), 470nm(물), 500nm(DMF), 501nm(DMSO) 및 512nm(에탄올)이다. Referring to Figure 4a, the PL maximum emission wavelengths of G-CQDs are 435 nm (ethyl acetate), 436 nm (THF), 435 nm (acetonenitrile), 470 nm (water), 500 nm (DMF), 501 nm (DMSO), and 512 nm (ethanol) )am.

도 4b를 참고하면, Y-CQDs 의 PL 최대 발광 파장은 446nm(에틸아세테이트), 449nm(THF), 459nm(아세톤니트릴), 520nm(DMF) 535nm(물), 550nm(에탄올), 566nm(DMSO)이다. Y-CQDs, G-CQDs 는 350nm 파장에서 용매 의존적인 발색 현상을 보여준다. Y-CQDs와 G-CQDs의 최대 발광 파장이 77~120nm로 각각 적색편이 되었다. Referring to Figure 4b, the PL maximum emission wavelength of Y-CQDs is 446nm (ethyl acetate), 449nm (THF), 459nm (acetonenitrile), 520nm (DMF) 535nm (water), 550nm (ethanol), 566nm (DMSO) am. Y-CQDs and G-CQDs show solvent-dependent color development at a wavelength of 350 nm. The maximum emission wavelengths of Y-CQDs and G-CQDs were 77-120 nm, respectively, and were redshifted.

도 4c와 4d는 다른 극성 용매에서의 Y-CQDs와 G-CQDs의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼이다. 도 4c와 4d를 참고하면, Y-CQDs와 G-CQDs의 흡수스펙트럼은 305nm 부근에 위치하며, 흡수 스펙트럼은 용매의 특성과 관계없이 거의 유사함을 확인할 수 있다. 4c and 4d are UV-visible absorption spectra of Y-CQDs and G-CQDs in different polar solvents. Referring to FIGS. 4c and 4d , it can be seen that the absorption spectra of Y-CQDs and G-CQDs are located near 305 nm, and the absorption spectra are almost similar regardless of the characteristics of the solvent.

이상에서, 본 발명의 바람직한 구현 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다. In the above, preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but these are only for the purpose of explanation and the protection scope of the present invention is not limited thereto.

Claims (11)

플로로글루신올(phloroglucinol), 물 및 촉매를 혼합하는 단계 ;
혼합된 용액을 150~250℃로 가열하는 단계를 포함하는 다색 탄소 양자점 제조방법으로서, 상기 방법은 상기 가열 단계의 시간을 조절하여 생성되는 탄소 양자점의 크기 및 형광색을 제어하는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.
mixing phloroglucinol, water and a catalyst;
A method for producing multicolor carbon quantum dots comprising heating a mixed solution to 150 to 250° C., wherein the method controls the time of the heating step to control the size and fluorescence color of the generated carbon quantum dots. A method for manufacturing red carbon quantum dots.
제 1항에 있어서, 상기 가열단계는 상기 플로로글루신올 원자들을 탈수 반응시켜 환 형태의 화합물을 형성하는 단계 및 상기 환 형태의 화합물에 상기 플로로글루신올 원자를 추가적으로 탈수 축합 반응시켜 삼각 및 사각 결정의 탄소양자점으로 성장시키는 결정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.According to claim 1, wherein the heating step comprises the steps of dehydrating the phloroglucinol atoms to form a cyclic compound, and additionally dehydrating the phloroglucinol atoms to the cyclic compound by dehydrating the phloroglucinol atoms. and a crystallization step of growing into square crystals of carbon quantum dots. 제 1항에 있어서, 상기 다색 탄소 양자점 제조방법은 상기 가열단계의 시간을 20~35분 동안 유지하여 청색 탄소 양자점을 생성하는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.According to claim 1, wherein the multi-color carbon quantum dot manufacturing method is a shape-specific carbon quantum dot manufacturing method, characterized in that to generate blue carbon quantum dots by maintaining the time of the heating step for 20 to 35 minutes. 제 1항에 있어서, 상기 다색 탄소 양자점 제조방법은 상기 가열단계의 시간을 45~60분 동안 유지하여 녹색 탄소 양자점을 생성하는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.According to claim 1, wherein the multi-color carbon quantum dot manufacturing method is a shape-specific carbon quantum dot manufacturing method, characterized in that by maintaining the time of the heating step for 45 to 60 minutes to generate a green carbon quantum dot. 제 1항에 있어서, 상기 다색 탄소 양자점 제조방법은 상기 가열단계의 시간을 80~100분 동안 유지하여 황색 탄소 양자점을 생성하는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.According to claim 1, wherein the multi-color carbon quantum dot manufacturing method is a shape-specific carbon quantum dot manufacturing method, characterized in that to generate a yellow carbon quantum dot by maintaining the time of the heating step for 80 to 100 minutes. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매는 황산인 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.The method of claim 1, wherein the catalyst is sulfuric acid. 제 1 항에 있어서, 상기 가열단계는 대기압에서 수행되는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.The method of claim 1, wherein the heating step is performed at atmospheric pressure. 제 1 항에 있어서, 상기 플로로글루신올은 물 1ml 대비 90~110mg이 첨가되는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점 제조방법.The method according to claim 1, wherein 90 to 110 mg of phloroglucinol is added relative to 1 ml of water. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따라 제조된 탄소 양자점으로서, 상기 탄소 양자점은 삼각형상 및 사각형상 결정인 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점.The carbon quantum dots prepared according to any one of claims 1 to 8, wherein the carbon quantum dots are shape-specific carbon quantum dots, characterized in that triangular and quadrangular crystals. 제 9항에 있어서, 상기 청색 탄소 양자점은 크기가 3~5nm, 상기 녹색 탄소 양자점은 크기가 4~6nm 및 상기 황색 탄소 양자점은 크기가 5~8nm인 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점.The shape-specific carbon quantum dot according to claim 9, wherein the blue carbon quantum dot has a size of 3 to 5 nm, the green carbon quantum dot has a size of 4 to 6 nm, and the yellow carbon quantum dot has a size of 5 to 8 nm. 제 6항에 있어서, 상기 녹색 탄소 양자점과 상기 황색 탄소 양자점은 분산된 용매의 극성이 증가함에 따라 형광색이 적색 편이되는 것을 특징으로 하는 형상 특이적 탄소 양자점.
The shape-specific carbon quantum dot according to claim 6, wherein the fluorescence color of the green carbon quantum dot and the yellow carbon quantum dot is redshifted as the polarity of the dispersed solvent increases.
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