一种无基质磷光碳量子点及其制备方法和应用与流程

本发明涉及磷光碳量子点，特别涉及无基质磷光碳量子点，具体是一种以葡萄糖、天冬氨酸为原料制备碳量子点的方法，以及所制备的碳量子点在防伪，信息加密等领域的应用。

背景技术：

室温磷光(rtp)由于有较高的电致发光效率、较长的时间寿命等特性，吸引了越来越多关注。因为其优良的特性，可以广泛应用于防伪，化学传感器，光伏电子器件等方面。到目前为止，rtp材料主要是含有贵金属的配位络合物，不仅材料昂贵，而且对环境和生物体都会造成污染，因此开发纯有机磷光材料是必需的。然而，纯有机rtp材料的制备依然存在制备过程复杂，很难大规模合成的问题。

作为零维结构的碳量子点以其优越的荧光性能、抗光漂白性、水溶性、无毒性、生物相容性，在生物医学、电化学、传感、储能、led、光催化和光伏等方面具有广阔的应用前景。一般而言，碳量子点具有良好的荧光发光性能，但碳量子点室温磷光鲜有报道。此外，为了防止氧气、水份等物质对磷光淬灭，很多研究者将碳点分散在基质中，保护磷光不被淬灭。但存在合成过程繁琐，量子产率低，发光时间短，毒性大等问题，增加了碳量子点的成本，限制了其应用。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无基质磷光碳量子点及其制备方法和应用。

本发明提供的一种无基质磷光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

1)将葡萄糖和天冬氨酸放置于容器中，加入氢氧化钠水溶液，充分搅拌，超声得到澄清溶液；

2)将装有澄清溶液的容器放置于油浴中，加热120-180℃反应2-8分钟，得到固体；

3)取出容器，自然冷却，加入二次水，搅拌，使固体溶解，得到磷光碳量子点水溶液；

4)将上述磷光碳量子点水溶液冷冻干燥后得到目标产物。

所述步骤1)中葡萄糖、天冬氨酸、氢氧化钠和水的质量比为0.1-0.9∶0.3-0.4∶0.1-0.2∶2-4。

所述步骤2)中加热温度优选为150℃，反应时间优选为5分钟。

上述方法制备的磷光碳量子点光学性质稳定，荧光量子产率较高，磷光寿命长，可用于防伪、信息加密等领域，也可在光电器件中应用。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明操做步骤简单，不需要后续添加任何基质，即可得到目标碳量子点。

(2)原材料葡萄糖、天冬氨酸均为普通试剂，与传统量子点制备所需的昂贵反应底物相比来源广泛，价格低廉。

(3)操作简易，能在短时间内快速完成反应，节能省时。

(4)本发明制得的碳量子点在水溶液中都具有良好的溶解度和分散性，并且是粒径小于10nm的纳米颗粒。

(5)本发明制得的碳量子点的光学性质稳定，量子产率较高，所得碳量子点的绝对量子产率在21％～35％之间。

总之，本发明操作工艺简单，原料来源广泛，制备条件要求低且相对温和，所得碳点光学性质稳定，荧光量子产率较高，解决了现有碳量子点制备方法因工艺和原料限制而无法规模化生产等问题，并且，该碳量子点磷光的寿命长达747ms，量子产率高达35％。在防伪、信息加密、光电器件领域有很大的应用价值。

附图说明

图1为实施例1制备的碳量子点的磷光和荧光发射光谱图(320nm激发)；

图2为实施例1制备的碳量子点的红外光谱图，图中横坐标为检测波长，纵坐标为透过率；

图3为实施例1制备的碳量子点的xps光谱图；

图4为实施例1制备的碳量子点的透射电镜图；

图5为实施例1制备的碳量子点在紫外灯开(左)关(右)状态的图片；

图6为实施例1制备的碳量子点在信息加密和防伪中应用的图片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明，实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

步骤1，分别称量0.3250g天冬氨酸和0.1125g葡萄糖置于烧杯中，随后加入3ml氢氧化钠(1m/l)溶液水，充分搅拌，超声得到澄清溶液；

步骤2，将装有澄清溶液的烧杯放置于油浴中，加热150℃反应5分钟，得到浅黄色固体；

步骤3，取出烧杯，自然冷却，向其中加入10ml二次水；搅拌，使固体溶解，得到碳量子点水溶液；

步骤4，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到磷光碳量子点，其绝对量子产率为35％；

对本实施例的碳量子点进行测试及应用，见图1-6。

图6为实施例1制备的碳量子点在信息加密和防伪中的应用。取实施例1中所获得磷光碳量子点0.5g，加入1ml的二次水，超声10分钟，灌入洗干净的中性笔芯(0.5mm)中，在滤纸上写下“山西大学”四个字，50℃烘箱放置20min，放置紫外灯下(365nm)照射5min，拍摄数码照片(左)；关闭紫外灯，拍摄数码照片(中)；随后放置湿度为80％的恒温恒湿箱5min，将滤纸放置紫外灯下照射5min，关闭紫外灯，拍摄数码照片(右)。上述实验说明环境中的湿度对磷光碳量子点发光现象影响明显，所以通过调控环境中湿度的变化可控制磷光碳量子点发光强度，从而可实现信息加密和防伪。

实施例2

步骤1，分别称量0.325g天冬氨酸和0.225g葡萄糖置于烧杯中，随后加入3ml氢氧化钠(1m/l)溶液水，充分搅拌，超声得到澄清溶液；

步骤2，将装有澄清溶液的烧杯放置于油浴中，加热150℃反应5分钟，得到浅黄色固体；

步骤3，取出烧杯，自然冷却，向其中加入10ml二次水；

步骤4，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到磷光碳量子点，其绝对量子产率为27％。

实施例3

步骤1，分别称量0.325g天冬氨酸和0.45g葡萄糖置于烧杯中，随后加入3ml氢氧化钠(1m/l)溶液水，充分搅拌，超声得到澄清溶液；

步骤2，将装有澄清溶液的烧杯放置于油浴中，加热150℃反应5分钟，得到浅黄色固体；

步骤3，取出烧杯，自然冷却，向其中加入10ml二次水；

步骤4，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到磷光碳量子点，其绝对量子产率为25％。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种无基质磷光碳量子点及其制备方法和应用。所述碳量子点的制备：以葡萄糖和天冬氨酸为原料，加入氢氧化钠水溶液，超声得到澄清溶液，油浴加热150℃反应5分钟，得到固体磷光性质的碳点。本发明磷光碳量子点量子产率高，寿命长，且合成只需一步，不需要加入额外的基质。所述碳量子点可用于防伪，信息加密等领域。

技术研发人员：高艺芳;韩辉;路雯婧;刘洋;弓晓娟;双少敏;董川
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2017.08.03
技术公布日：2017.11.03