具有室温磷光和延迟荧光性质的碳量子点及其合成和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于发光材料领域，具体涉及一种含碳的发光材料及其合成和应用。
【背景技术】
[0002]碳元素是地球上所有已知生命的基础，在人类历史发展和现代科技进步中起到了举足轻重的作用。伴随C60、纳米碳管和石墨烯等纳米碳材料的发展，近两年碳量子点成为研究热点。与先前的蜂房结构纳米碳相比，碳量子点具有优越的发光性能；与半导体量子点相比，发光更稳定、易于功能化和工业化、无毒、制备简单廉价，预期将给发光材料、光电器件、绿色环保、生物医学等领域带来新的发展空间，因此开展碳量子点的基础研究具有重要的理论意义和应用背景。目前，已经有很多关于碳量子点的报道。但存在不足是，目前制备的荧光碳量子点的产量低，有专利(201410554087.7)报道宏量制备碳量子点的方法，但其产率也只有30%，仍然有较多原料被浪费，增加了碳量子点的生产成本，限制了其在工业上的应用。
[0003]另外，虽然碳量子点的荧光性质得到了广泛研究，但碳量子点的室温磷光和延迟荧光性质却鲜有报道。室温磷光和延迟荧光由于其特有的性能，在生物探针、生物成像、LED等方面有着很广泛的应用。但已报到的材料大多为含有一定量的重金属原子的无机或金属复合物，毒性大、价格昂贵而且稳定性差。目前，虽然也有一些具有室温磷光和延迟荧光的纯有机化合物的报道，但是制备步骤繁琐，毒性大，不符合绿色环保的理念。
【发明内容】
[0004]针对本领域的不足之处，本发明的目的是提供一种具有室温磷光和延迟荧光性质的碳量子点。
[0005]本发明的另一目的是提出所述碳量子点的合成方法。
[0006]本发明的第三个目的是提出所述碳量子点的应用。
[0007]实现本发明上述目的的技术方案为:
[0008]—种具有室温磷光和延迟焚光性质的碳量子点，所述碳量子点含有C = O、C-N和C=N键，所述碳量子点受波长为315?475nm紫外光激发产生荧光，其中激发波长为375nm时，焚光强度最强。即，最佳激发波长为375nm。
[0009]优选地，所述碳量子点的粒径分布范围在2?6nm。
[0010]进一步地，所述的碳量子点在固体基质中受紫外光激发不仅产生蓝色荧光而且在室温下产生肉眼可见的绿色磷光和延迟荧光，所述固体基质为聚氨酯。
[0011]本发明提出的碳量子点的合成方法，包括步骤:
[0012]I)将异氰酸酯单体置于微波反应器中进行微波加热反应，微波功率为500?1000W，反应5?30min后得到固体产物；
[0013]2)将步骤I)中反应得到的固体产物研磨后，溶解在有机溶剂中超声离心去除掉大颗粒；
[0014]3)将步骤2)离心得到的上清液用透析袋透析，除去未形成碳量子点的小分子和齐聚物；
[0015]4)将步骤3)透析得到的溶液在温度30-60°C下中温干燥，干燥的方式为真空干燥或喷雾干燥。
[0016]本发明提出的合成方法碳量子点产量高达83%。
[0017]其中，所述异氰酸酯单体选自异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，甲苯二异氰酸酯(TDI)，己二异氰酸酯(HDI)、二亚甲基苯二异氰酸酯(XDI)中的一种或者几种。
[0018]步骤I)微波反应过程中，温度过高，功率过低，反应时间过短，均会导致产量低，且无法出现荧光现象，微波反应温度超过300°C，操作难度大。因此优选地，所述步骤I)中微波反应的温度为200?300°C，微波功率为700?1000W，微波反应时间为10?30min。
[0019]其中，所述步骤2)中有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇、1，4- 丁二醇中的一种，固体产物溶于有机溶剂的固液比例为.1g:5?50mL。
[0020]其中，所述步骤3)中，用500?3500Da的透析袋透析40?60小时。优选透析48小时。
[0021]本发明所述的碳量子点在发光材料或防伪标志制备中的应用。
[0022]所述的碳量子点可原位复合到光学材料中形成薄膜或体相材料，应用到发光材料或防伪标志等领域。
[0023]本发明的有益效果在于:
[0024]本发明以异氰酸酯为原料，微波合成了全新的具有室温磷光和延迟荧光性质的碳量子点。该碳量子点的产量高，解决了目前碳量子点无法大规模生产的问题。另外，合成的碳量子点为油溶性量子点，可原位复合到聚合物材料中，而不发生团聚。由于碳量子点的结构中含有一定量的0、N等具有孤对电子的杂原子，增加了激发单线态向三线态的跃迀机率。同时，基质起到了减少非辐射跃迀和三线态氧的猝灭作用，使制备的碳量子点在基质中具有肉眼可见的稳定的室温磷光和延迟荧光性质。
【附图说明】
[0025]图1是iro1-⑶碳量子点的红外谱图；
[0026]图2是Iro1-⑶碳量子点的透射电镜图(a)和粒径统计图(b);
[0027]图3是不同激发波长激发的ΙΠΠ-CD碳量子点在乙醇溶液中的荧光谱图；
[0028]图4是IPD1-⑶碳量子点的紫外吸收谱图，右上角内置图为Iro1-⑶碳量子点乙醇溶液在日光灯(左)和紫外灯(右)下的照片；
[0029]图5是iro1-⑶碳量子点/聚氨酯复合材料在日光灯、紫外灯和紫外灯照射一段时间熄灭后的照片；
[0030]图6是Iro1-CD碳量子点/聚氨酯复合材料的断面扫面电镜图；
[0031]图7是iro1-⑶碳量子点/聚氨酯复合材料在375nm(a)和415nm(b)激发的荧光谱图和磷光模式谱图；
[0032]图8是IPD1-⑶碳量子点/聚氨酯复合材料在375nm激发，500nm发射(a)和415nm激发，465nm发射(b)的时间分辨谱图。
【具体实施方式】
[0033]现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0034]实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。
[0035]实施例1:
[0036]称取异佛尔酮二异氰酸酯(Iroi)Sg于聚四氟乙烯模具中，置于微波反应器(CEM公司，MARS6)中在功率700W，250°C下反应lOmin，冷却得到灰色固体，取出研磨成粉末；加入50ml乙醇溶解得到棕色溶液，通过1000rmp，30min离心过滤除去不溶物；用3500Da的透析袋透析48小时。透析后的溶液于60°C的真空烘箱中烘干，即得到纯净的碳量子粉末(命名为iro1-⑶)，产量高达83 %。
[0037]对本实施例得碳量子点进行检测，如图1?4。图1是iro1-⑶碳量子点的红外谱图，从图中可以看出，在1700cm1左右出现强峰，说明碳量子点中含C = O ;3300、1580cm 1^h分别为N-H和C = N的伸缩振动峰，说明碳量子点中含有N原子图2是Iro1-CD碳量子点的透射电镜图(a)和粒径统计图(b)，图中显示碳量子点尺寸分布均匀，平均粒径为3.9nm ;图3是不同激发波长激发的II3D1-CD碳量子点在乙醇溶液(10mg/L)中的荧光谱图，最佳激发波长为375nm ;图4是ITO1-⑶碳量子点的紫外吸收谱图，在300nm左右出现C = O吸收峰，其右上角的