一种太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于碳点材料制备技术领域，具体涉及一种太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料及其制备方法。

背景技术

室温磷光材料在激发停止后仍可持续发光，因其长寿命、大斯托克斯位移、高灵敏度和高信噪比等特性在信息防伪、数据加密、生物成像、化学传感等领域具有巨大的应用前景。目前普遍报道的室温磷光材料只能在紫外光下被激发，少数室温磷光材料可以在可见光下被激发。与紫外光和可见光相比，高效利用清洁、安全的太阳光作为室温磷光材料的激发源，对于可再生能源的实际应用至关重要。但基于被太阳光激发的室温磷光材料仅在含金属掺杂的无机化合物中实现。然而，无机化合物存在前驱体成本高昂，产物毒性高，制备工艺复杂等缺点，从而限制了实际应用。因此，人们一直致力于开发可以直接被太阳光激发的新型室温磷光材料。

碳点作为一种新型的碳纳米材料，以其制备简单、毒性低、生物相容性好等优点受到了研究人员的关注。通过在基质（聚乙烯醇、硼酸、尿素、二氧化硅等）中构建碳点的杂化体系，稳定碳点的三重激发态，以实现独特的室温磷光。然而，由于碳点吸收带有限，大多数碳点的室温磷光需要使用紫外光激发，只有少部分的碳点可以被可见光激发，从而表现出有限的激发区域。这些区域仍有待通过简单有效的设计原则扩展到更广泛更便捷的太阳光。值得注意的是，直接被太阳光激发的碳点基室温磷光还尚未实现。因此，开发基于太阳光激发长寿命碳点基室温磷光材料对于能源利用和实际应用具有至关重要的意义。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供了一种太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料及其制备方法。

本发明的目的之一在于提供了一种低成本的氧化铝基质。

本发明的目的之二在于提供了一种简便易行的原位煅烧方法。

本发明的目的之三在于提供了一种太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料。

本发明制备的太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料是以葡萄糖、尿素和硝酸铝为原料，通过原位煅烧法制备的，其制备过程包括以下具体步骤：

1、首先取1-5 g葡萄糖和5-10 g尿素添加到100 ml水溶液中，搅拌1-3小时，得到透明溶液；

2、在搅拌条件下，在步骤1获得的透明溶液中加入10-20 g硝酸铝，搅拌1-3小时，得到透明溶液；

3、将步骤2获得的透明溶液装在反应釜中放置于烘箱，加热120℃-180℃反应12-36小时；

4、将步骤3中的反应釜自然冷却后获得的产物冷冻干燥12-36小时，得到前驱体；

5、将步骤4获得前驱体置于带盖坩埚中，通过马弗炉500-900℃煅烧1-5小时，得到碳点@氧化铝复合材料。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料克服了现有碳点基室温磷光材料仅可以被紫外光激发的局限性，有效的实现了在太阳光激发下获得优异的长寿命磷光发射，为构建太阳光激发的新型碳点基室温磷光材料提供了一条新的途径；

2、本发明提供了一种太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料，其特征是以葡萄糖、尿素和硝酸铝为原料，通过原位煅烧法制备的，仅需要常用的普通设备，不需专用设备，工艺过程简单易操作；

3、本发明制备的碳点@氧化铝复合材料在停止太阳光激发后肉眼可见黄绿色磷光长达14秒，且其磷光性能稳定，具有优异的溶剂稳定性、环境稳定性和光稳定性；

4、本发明所使用的药品均无毒无害且价格低廉，且制备简单所用时间短，制备后无需复杂繁琐步骤，特别适合批量、低成本制备，适合工业化规模生产与商业化的应用；

5、本发明制备的碳点@氧化铝复合材料可用于信息加密领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中进行附图简单介绍，但下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料的透射电镜图，插图为高分辨透射电镜图。

图2为本发明实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料的X射线衍射图。

图3为本发明实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料的磷光光谱图。

图4为实施例1-3，比较例1-2制备的碳点@氧化铝复合材料分别在太阳光照射下和停止照射后的状态图。

图5为本发明实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料在信息加密的应用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

实施例1：

首先取2 g葡萄糖和8 g尿素添加到100 ml水溶液中，搅拌2小时，得到透明溶液；在搅拌条件下，在获得的透明溶液中加入15 g硝酸铝，搅拌2小时，得到透明溶液；将透明溶液装在反应釜中放置于烘箱，加热150℃反应24小时；待反应釜自然冷却后，将获得的产物冷冻干燥24小时，得到前驱体；将前驱体置于带盖坩埚中，通过马弗炉700℃煅烧3小时，得到碳点@氧化铝复合材料。

实施例2：

首先取1 g葡萄糖和10 g尿素添加到100 ml水溶液中，搅拌3小时，得到透明溶液；在搅拌条件下，在获得的透明溶液中加入20 g硝酸铝，搅拌3小时，得到透明溶液；将透明溶液装在反应釜中放置于烘箱，加热180℃反应12小时；待反应釜自然冷却后，将获得的产物冷冻干燥36小时，得到前驱体；将前驱体置于带盖坩埚中，通过马弗炉900℃煅烧1小时，得到碳点@氧化铝复合材料。

实施例3：

首先取5 g葡萄糖和5 g尿素添加到100 ml水溶液中，搅拌1小时，得到透明溶液；在搅拌条件下，在获得的透明溶液中加入10 g硝酸铝，搅拌1小时，得到透明溶液；将透明溶液装在反应釜中放置于烘箱，加热120℃反应36小时；待反应釜自然冷却后，将获得的产物冷冻干燥12小时，得到前驱体；将前驱体置于带盖坩埚中，通过马弗炉500℃煅烧5小时，得到碳点@氧化铝复合材料。

比较例1：

首先取2 g葡萄糖添加到100 ml水溶液中，搅拌2小时，得到透明溶液；将透明溶液转移至200 ml反应釜中，在150℃水热反应3小时，待冷却至室温，得到棕色悬浊液；将棕色悬浊液溶液用高速离心机在转速8000转/分钟离心10分钟，移去离心管中下层沉淀物，得到棕色上清液；将棕色上清液用1000 Da透析袋透析48小时，得到碳点溶液；将5 ml 碳点溶液和8 g尿素添加到95 ml水溶液中，搅拌2小时，得到黄色透明溶液；在搅拌条件下，在透明溶液中加入15 g硝酸铝，搅拌2小时，得到黄色透明溶液；将透明溶液装在反应釜中放置于烘箱，加热150℃反应24小时；待反应釜自然冷却后，将获得的产物冷冻干燥24小时，得到前驱体；将前驱体置于带盖坩埚中，通过马弗炉700℃煅烧3小时，得到碳点@氧化铝复合材料。

比较例2：

首先取8 g尿素添加到100 ml水溶液中，搅拌2小时，得到透明溶液；在搅拌条件下，在透明溶液中加入15 g硝酸铝，搅拌2小时，得到透明溶液；将透明溶液装在反应釜中放置于烘箱，加热150℃反应24小时；待反应釜自然冷却后，将获得的产物冷冻干燥24小时，得到前驱体；将前驱体置于带盖坩埚中，通过马弗炉700℃煅烧3小时，得到氧化铝。取10 g获得的氧化铝和2 g葡萄糖添加到100 ml水溶液中，搅拌2小时，得到白色沉淀物；将白色沉淀物置于80℃烘箱中干燥12小时，得到白色固体；将白色固体置于带盖坩埚中，通过马弗炉700℃煅烧3小时，得到碳点@氧化铝复合材料。

图1为实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料的透射电镜图，插图为高分辨透射电镜图，从图1可以看出，葡萄糖原位形成的碳点在非晶态氧化铝基质中均匀分布；原位形成的碳点具有明显的碳核，晶格条纹间距为0.21 nm，对应于石墨碳的(100)晶面。

图2为实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料的X射线衍射图，从图2可以看出，在25°处的宽反射是典型的无定形氧化铝结构。

图3为实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料的磷光光谱图，从图3可以看出，在激发波长为480 nm 激发后，延迟一段时间后检测到了磷光，其发射带中心在550 nm左右。

图4为实施例1-3，比较例1-2制备的碳点@氧化铝复合材料的分别在太阳光下和停止照射后的状态图，从图4可以看出，制备的实例1表现出最长的肉眼可见时间，长达14秒，其他实施例2-3，比较例1-2制备的碳点@氧化铝复合材料的肉眼可见时间比较短或几乎没有。

图5为实施例1制备的碳点@氧化铝复合材料在信息加密的应用，从图5可以看出，在太阳光照射下，整朵花没有任何变化。当停止太阳光照射后，只有叶子和茎表现出黄绿色磷光。结果表明制备的碳点@氧化铝复合材料成功用于信息加密应用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明所述的一种太阳光激发室温磷光碳点@氧化铝复合材料进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。