一种具有高量子产率的绿色荧光发射碳量子点的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米发光材料技术领域，具体涉及一种具有高量子产率的绿色荧光发射碳量子点的制备方法。

背景技术

碳量子点是近年来广受关注的一种新型纳米碳材料，具有卓越的物理和化学性质，在生物成像、化学传感、发光二极管(LED)及光电催化等方面具有优异的发展潜力。相对于传统的重金属量子点，碳量子点具有无毒环保、原料价格低廉等优势，是未来量子点发光显示器件中的绝佳候选材料。由于欧盟等国家对电器设备的极高环保要求，碳量子点在电器设备中的应用成为荧光纳米材料制备技术领域的重要研发方向。

在量子点显示器件中，绿光转换材料是决定其性能的关键材料。在当前报道的绿光碳量子点中，大多存在量子产率低或者后处理技术复杂等技术难题。为了解决这一技术难题，需要开发简单便捷的高量子产率绿色荧光碳量子点的制备方法。

针对以上问题，专利CN113025321A公开了一种高量子产率的绿光木质素碳量子点的制备方法。利用改性木质素和柠檬酸通过脱水、聚合、碳化过程形成木质素碳量子点，通过调节pH值，从而获得绿光的荧光碳量子点。但是该方法存在如下问题：

(1)在制备碳量子点前，原料需羧基化改性处理，制备步骤多且耗时。

(2)制备的碳量子点绝对量子产率为59.3％，量子产率不够高，难以满足显示器件的应用要求。

期刊文献(DOI：10.1021/acsami.8b02379)公开了一种高量子产率的绿光碳量子点的制备方法。首先对苝进行硝基化处理得到3，4，9，10-硝基苝，然后利用溶剂热处理3，4，9，10-硝基苝，再通过柱层析提纯得到高量子产率绿光碳量子点。但是该方法存在如下问题：

(1)在制备碳量子点前，原料需硝基化改性处理，制备步骤多且耗时。

(1)所制备的绿光碳量子点需柱层析提纯，极大地增加了产物的后处理操作过程以及实验耗时。

鉴于以上的技术存在的问题，我们急需要寻求一种工艺简单且节约成本的高量子产率的绿色荧光碳量子点的制备方法。

发明内容

为了改进现有绿色荧光碳量子点后续处理复杂、量子产率不够高等问题，本发明主要是公开一种能够实现高量子产率的绿色荧光发射的碳量子点的制备方法。该制备方法原料易得，操作简单，反应条件温和可控，制备出的碳量子点量子产率高，在紫外线照射下的呈现明亮绿色。

本发明所述的一种具有高量子产率的绿色荧光发射碳量子点，其荧光发射峰在510～530nm之间，在最佳激发波长460nm激发下，绝对量子产率在75％～85％之间。

本发明所述的一种具有高量子产率的绿色荧光发射碳量子点的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：将间苯二胺溶于无水乙醇中，得到透明均一的溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入稀释的无机酸；

步骤3：通过在水热釜中进行溶剂热反应后得到碳点溶液。

进一步，步骤1中所述的间苯二胺在无水乙醇中的浓度为(0.1～1g)∶100mL；

进一步，步骤2中所述的无机酸为硫酸、盐酸、磷酸中的一种；

进一步，步骤2中所述的稀释的无机酸的稀释浓度为质量占比5％～15％；

进一步，步骤2中所述的稀释的无机酸的与无水乙醇的体积比为(0.05～2)∶10；

进一步，步骤3中所述的反应温度为150～190℃，反应时间为6～18小时。

本发明的有益效果如下：

本发明实验方法简单易行，一步即可制得具有高量子产率的绿色荧光发射碳量子点，在最佳激发波长下，绝对量子产率在75％～85％之间，荧光发射峰在510～530nm之间，并且具有激发不依赖的特性，在新型显示领域具有重要的应用前景。

附图说明

图1为实施案例1制备的碳量子点的实物图；

图2为实施案例2制备的碳量子点荧光发射光谱图；

图3为实施案例3制备的碳量子点量子产率测试图；

具体实施实例

以下对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法；下述试剂和原料如没有特殊说明，均为市售。

实例1

步骤1：将0.1g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入2mL浓度为10％的硫酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在180℃的烘箱中反应12小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为515nm，绝对量子产率为85％。碳量子点溶液的实物图如图1所示，所制备的碳量子点的荧光光谱如图2所示，绝对量子产率测试结果图如图3所示。

实例2

步骤1：将0.2g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入0.5mL浓度为10％的硫酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在180℃的烘箱中反应10小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为510nm，绝对量子产率为78％。

实例3

步骤1：将0.1g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入1mL浓度为10％的磷酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在180℃的烘箱中反应18小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为515nm，绝对量子产率为76％。

实例4

步骤1：将0.02g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入0.1mL浓度为10％的硫酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在140℃的烘箱中反应14小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为518nm，绝对量子产率为80％。

实例5

步骤1：将0.1g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入2mL浓度为10％的硫酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在180℃的烘箱中反应6小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为511nm，绝对量子产率为81％。

实例6

步骤1：将0.1g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入2mL浓度为10％的盐酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在180℃的烘箱中反应10小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为510nm，绝对量子产率为79％。

实例7

步骤1：将0.1g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入2mL浓度为10％的硫酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在190℃的烘箱中反应18小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为523nm，绝对量子产率为80％。

实例8

步骤1：将0.1g间苯二胺和20mL无水乙醇混合，搅拌至彻底溶解得到混合溶液；

步骤2：在步骤1制得混合溶液中加入2mL浓度为15％的硫酸；

步骤3：取得步骤2所得混合溶液后，置于50mL的高压反应釜中，在190℃的烘箱中反应12小时，反应结束后冷却至室温，得到发射绿色荧光的碳量子点；

本实施例所述制得的碳量子点经测试，发射波长为525nm，绝对量子产率为73％。

以上结果表明，所制备的绿色荧光碳点具有较高的绝对量子产率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。