一種無基質磷光碳量子點及其制備方法和應用與流程

本發明涉及磷光碳量子點，特別涉及無基質磷光碳量子點，具體是一種以葡萄糖、天冬氨酸為原料制備碳量子點的方法，以及所制備的碳量子點在防偽，信息加密等領域的應用。

背景技術：

室溫磷光(rtp)由于有較高的電致發光效率、較長的時間壽命等特性，吸引了越來越多關注。因為其優良的特性，可以廣泛應用于防偽，化學傳感器，光伏電子器件等方面。到目前為止，rtp材料主要是含有貴金屬的配位絡合物，不僅材料昂貴，而且對環境和生物體都會造成污染，因此開發純有機磷光材料是必需的。然而，純有機rtp材料的制備依然存在制備過程復雜，很難大規模合成的問題。

作為零維結構的碳量子點以其優越的熒光性能、抗光漂白性、水溶性、無毒性、生物相容性，在生物醫學、電化學、傳感、儲能、led、光催化和光伏等方面具有廣闊的應用前景。一般而言，碳量子點具有良好的熒光發光性能，但碳量子點室溫磷光鮮有報道。此外，為了防止氧氣、水份等物質對磷光淬滅，很多研究者將碳點分散在基質中，保護磷光不被淬滅。但存在合成過程繁瑣，量子產率低，發光時間短，毒性大等問題，增加了碳量子點的成本，限制了其應用。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種無基質磷光碳量子點及其制備方法和應用。

本發明提供的一種無基質磷光碳量子點的制備方法，包括以下步驟：

1)將葡萄糖和天冬氨酸放置于容器中，加入氫氧化鈉水溶液，充分攪拌，超聲得到澄清溶液；

2)將裝有澄清溶液的容器放置于油浴中，加熱120-180℃反應2-8分鐘，得到固體；

3)取出容器，自然冷卻，加入二次水，攪拌，使固體溶解，得到磷光碳量子點水溶液；

4)將上述磷光碳量子點水溶液冷凍干燥后得到目標產物。

所述步驟1)中葡萄糖、天冬氨酸、氫氧化鈉和水的質量比為0.1-0.9∶0.3-0.4∶0.1-0.2∶2-4。

所述步驟2)中加熱溫度優選為150℃，反應時間優選為5分鐘。

上述方法制備的磷光碳量子點光學性質穩定，熒光量子產率較高，磷光壽命長，可用于防偽、信息加密等領域，也可在光電器件中應用。

本發明具有以下有益技術效果：

(1)本發明操做步驟簡單，不需要后續添加任何基質，即可得到目標碳量子點。

(2)原材料葡萄糖、天冬氨酸均為普通試劑，與傳統量子點制備所需的昂貴反應底物相比來源廣泛，價格低廉。

(3)操作簡易，能在短時間內快速完成反應，節能省時。

(4)本發明制得的碳量子點在水溶液中都具有良好的溶解度和分散性，并且是粒徑小于10nm的納米顆粒。

(5)本發明制得的碳量子點的光學性質穩定，量子產率較高，所得碳量子點的絕對量子產率在21％～35％之間。

總之，本發明操作工藝簡單，原料來源廣泛，制備條件要求低且相對溫和，所得碳點光學性質穩定，熒光量子產率較高，解決了現有碳量子點制備方法因工藝和原料限制而無法規模化生產等問題，并且，該碳量子點磷光的壽命長達747ms，量子產率高達35％。在防偽、信息加密、光電器件領域有很大的應用價值。

附圖說明

圖1為實施例1制備的碳量子點的磷光和熒光發射光譜圖(320nm激發)；

圖2為實施例1制備的碳量子點的紅外光譜圖，圖中橫坐標為檢測波長，縱坐標為透過率；

圖3為實施例1制備的碳量子點的xps光譜圖；

圖4為實施例1制備的碳量子點的透射電鏡圖；

圖5為實施例1制備的碳量子點在紫外燈開(左)關(右)狀態的圖片；

圖6為實施例1制備的碳量子點在信息加密和防偽中應用的圖片。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做詳細說明，實施例給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

步驟1，分別稱量0.3250g天冬氨酸和0.1125g葡萄糖置于燒杯中，隨后加入3ml氫氧化鈉(1m/l)溶液水，充分攪拌，超聲得到澄清溶液；

步驟2，將裝有澄清溶液的燒杯放置于油浴中，加熱150℃反應5分鐘，得到淺黃色固體；

步驟3，取出燒杯，自然冷卻，向其中加入10ml二次水；攪拌，使固體溶解，得到碳量子點水溶液；

步驟4，將上述碳量子點水溶液冷凍干燥后得到磷光碳量子點，其絕對量子產率為35％；

對本實施例的碳量子點進行測試及應用，見圖1-6。

圖6為實施例1制備的碳量子點在信息加密和防偽中的應用。取實施例1中所獲得磷光碳量子點0.5g，加入1ml的二次水，超聲10分鐘，灌入洗干凈的中性筆芯(0.5mm)中，在濾紙上寫下“山西大學”四個字，50℃烘箱放置20min，放置紫外燈下(365nm)照射5min，拍攝數碼照片(左)；關閉紫外燈，拍攝數碼照片(中)；隨后放置濕度為80％的恒溫恒濕箱5min，將濾紙放置紫外燈下照射5min，關閉紫外燈，拍攝數碼照片(右)。上述實驗說明環境中的濕度對磷光碳量子點發光現象影響明顯，所以通過調控環境中濕度的變化可控制磷光碳量子點發光強度，從而可實現信息加密和防偽。

實施例2

步驟1，分別稱量0.325g天冬氨酸和0.225g葡萄糖置于燒杯中，隨后加入3ml氫氧化鈉(1m/l)溶液水，充分攪拌，超聲得到澄清溶液；

步驟2，將裝有澄清溶液的燒杯放置于油浴中，加熱150℃反應5分鐘，得到淺黃色固體；

步驟3，取出燒杯，自然冷卻，向其中加入10ml二次水；

步驟4，將上述碳量子點水溶液冷凍干燥后得到磷光碳量子點，其絕對量子產率為27％。

實施例3

步驟1，分別稱量0.325g天冬氨酸和0.45g葡萄糖置于燒杯中，隨后加入3ml氫氧化鈉(1m/l)溶液水，充分攪拌，超聲得到澄清溶液；

步驟2，將裝有澄清溶液的燒杯放置于油浴中，加熱150℃反應5分鐘，得到淺黃色固體；

步驟3，取出燒杯，自然冷卻，向其中加入10ml二次水；

步驟4，將上述碳量子點水溶液冷凍干燥后得到磷光碳量子點，其絕對量子產率為25％。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種無基質磷光碳量子點及其制備方法和應用。所述碳量子點的制備：以葡萄糖和天冬氨酸為原料，加入氫氧化鈉水溶液，超聲得到澄清溶液，油浴加熱150℃反應5分鐘，得到固體磷光性質的碳點。本發明磷光碳量子點量子產率高，壽命長，且合成只需一步，不需要加入額外的基質。所述碳量子點可用于防偽，信息加密等領域。

技術研發人員：高藝芳;韓輝;路雯婧;劉洋;弓曉娟;雙少敏;董川
受保護的技術使用者：山西大學
技術研發日：2017.08.03
技術公布日：2017.11.03