[发明专利]一种柱分离制备硫、氮掺杂碳量子点的方法及应用

说明书

本发明公开了一种柱分离制备硫、氮掺杂碳量子点的方法，本发明采用聚（对苯乙烯磺酸钠）及邻苯二胺为碳源、氮源及硫源，水热法合成硫、氮掺杂荧光碳量子点，将合成的硫、氮掺杂荧光碳量子点经硅胶柱进行层析分离，不同极性、不同颜色的荧光量子点被收集，将极性小的荧光碳量子点成分用于纸张或包装材料的防伪，通过图案、文字、二维码等设计的无色透明图案，在一定紫外光波长激发下可显示出特定荧光，可应用于防伪标记；该发明最大的优点为分离得到的碳量子点不溶于水，克服了碳量子点水溶性问题，同时分离得到碳量子点在紫外光照射下产生不同颜色，在防伪标记识别中也表现出特异性的优势。

技术领域

本发明涉及化学分析检测技术领域，具体为一种硫、氮掺杂碳量子点的柱分离制备方法及在防伪标识中的应用。

背景技术

在信息量激增的当今，信息的安全和准确识别已经成为社会广泛关注的话题；特别是随着商品经济的日益繁荣和科学技术的不断发展，防伪已成为一个崭新的、不断发展的领域。目前防伪标识往往采用产品表面印刷即纸质荧光防伪的方式，而所使用的印刷油墨自身具有一定的颜色，为了提高产品外观的美观性，厂家不得不选用和荧光物质基态颜色相同的纸张作为外包装材料，大大限制了产品的美观和设计灵活性。

碳量子点在2004年研究单壁碳纳米管时首次发现的一种以碳为骨架结构的新型纳米材料，与传统的半导体量子点和有机染料相比，碳量子点作为一种新型可发光材料，不仅保持了碳材料毒性小、生物相容性好等优点，而且具有合成方便、易于修饰、发光范围可调、双光子吸收截面大、荧光量子效率高、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化、价廉、易大规模合成等无法比拟的优势。由于量子点独特的尺寸特性，使其很容易进行加工和后处理，可通过制备油墨、纳米压印、加掩膜曝光固化等方法得到任意图案的荧光防伪标记。得到的荧光图案在肉眼下呈无色透明状态，在激发光的激发下荧光强烈可见，能够在保证防伪功能的前提下，切实有效地克服荧光材料对产品外观设计的束缚。目前制备的碳量子点都是水溶性的，这给后续的防伪应用带来了不可避免的缺点，不能与有机溶剂相溶形成防伪油墨，遇水防伪标记溶解等，限制了碳量子点在防伪领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不溶于水的硫、氮掺杂碳量子点的制备方法，利用硅胶柱层析分离，得到不溶于水的颜色不同的碳量子点，应用于防伪标识。

本发明柱分离制备硫、氮掺杂碳量子点的方法，具体步骤如下：

(1)湿法装柱：将200～300目硅胶与乙酸乙酯按重量体积比1:5-10的比例混合，超声5～10min，并不断搅拌以除去气泡，装填于柱中；

(2)上样：将硫、氮掺杂碳量子点溶液先真空干燥浓缩，除去大部分水分，上样量为每100～200mL柱体积上样10mL，上样的硫、氮掺杂碳量子点溶液浓度为3～5mg/mL；

(3)分离：先用纯乙酸乙酯洗脱，最先分离出蓝色碳量子点，定为一带；不改变流动相极性，分离出绿色碳量子点，定为二带；分离出浅黄绿色碳量子点，定为三带；改变流动相极性，换用体积比2:1-1.5的乙酸乙酯-甲醇混合液，，分离出黄绿色碳量子点，定为四带；换用体积比1:2-1.5的乙酸乙酯-甲醇混合液，分离出浅黄色碳量子点，定为五带；最后用甲醇洗脱出黄色碳量子点,定为六带；全程色谱带需要在自然光线较弱的情况下，紫外灯下观察分离制得，一带至四带的碳量子点不溶于水，五带、六带碳量子溶于水。

所述硫、氮掺杂碳量子点溶液的制备方法为称取10-15g聚（对苯乙烯磺酸钠）及5-10g邻苯二胺，加入到500mL超纯水中，超声10-15min形成无色透明溶液，并转移至聚四氟乙烯反应釜，于220-250℃加热10h，自然冷却后，先用孔径为0.22μm滤膜过滤，后用截留分子量为3000-3500Da 的透析袋进行透析处理24h，得到水溶性硫、氮掺杂荧光碳量子点。

本发明另一目的是将上述方法制得的不溶于水的硫、氮掺杂碳量子点应用在制备防伪标识中，具体步骤如下：