[发明专利]一种荧光磷光双发射白光碳量子点及制备方法和应用

说明书

本公开提供了一种荧光磷光双发射白光碳量子点及制备方法和应用，包含C‑C键、C＝C键、C‑O键、C＝O键、C‑N键、C＝N键、C‑P键、P＝O键、P‑O键，粒径分布范围为2.5～4.0nm；受紫外光激发时，产生波长为425～455nm的荧光发射峰和波长为475～500nm的磷光发射峰。其制备方法为：将尿素或酰胺类化合物作为碳源前驱体，浓磷酸作为催化剂和交联剂，以水作为溶剂，加热至180～250℃进行反应获得碳量子点。本公开的碳量子点具有成本低、量子产率高、光稳定性好、合成步骤简单及环境友好等优点。

技术领域

本公开涉及荧光材料领域和照明领域，具体涉及一种荧光磷光双发射白光碳量子点及制备方法和应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

白光发光二极管(LED)是一种新型固态照明光源，近些年得到了业内的广泛关注和快速发展，与传统的荧光灯和白炽灯相比，具有发光效率高，体积小，寿命长，节能环保等优点。据本公开发明人研究所知，目前大部分商用白光LED通常是由蓝光芯片与黄光荧光粉或紫外芯片与蓝/绿/红荧光粉构成。但是，由于多色荧光粉之间具有重吸收问题，导致白光LED发光效率较低，并且随着荧光粉老化程度的不同，容易造成颜色漂移。因此，开发一种具有双发射或多发射的单一白光材料对于实现高效白光LED具有重要意义。目前，单一白光材料通常是通过混合两种互补色(蓝色和黄色)或三基色(红色、绿色和蓝色)来实现。根据发光色的来源主要可以分为两类：荧光/荧光型和荧光/磷光型。磷光发射是三重态发射，单重态和三重态激子形成的概率是1:3。因此，相比于荧光/荧光型，荧光/磷光型材料的发光效率可以大大提高，在光电器件领域有极大的应用前景。许多研究者已经成功合成了荧光/磷光型单分子有机白光材料。然而，这些有机材料合成过程复杂，产率低，成本高且毒性大，难以进行广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种荧光磷光双发射白光碳量子点及制备方法和应用。与有机材料相比，该碳量子点具有成本低、量子产率高、光稳定性好、合成步骤简单及环境友好等优点。

为了实现上述目的，本公开的技术方案为：

一方面，一种荧光磷光双发射白光碳量子点，包含C-C键、C＝C键、C-O键、C＝O键、C-N键、C＝N键、C-P键、P＝O键、P-O键，粒径分布范围为2.5～4.0nm；受紫外光激发时，产生波长为425～455nm的荧光发射峰和波长为475～500nm的磷光发射峰。

本公开首次发现并制备了荧光磷光双发射的白光碳量子点，本公开的碳量子点在紫外光激发下发射波长为425～455nm的荧光发射峰和波长为475～500nm的磷光发射峰，且其荧光和磷光发射峰具有激发依赖的特性，且荧光量子产率高。本公开的白光碳量子点在室温空气环境下受紫外光激发能够发射出明亮的白光，且在紫外光激发后，还能够发射出肉眼可辨的绿色磷光。

另一方面，一种上述荧光磷光双发射白光碳量子点的制备方法，将尿素或酰胺类化合物作为碳源前驱体，浓磷酸作为催化剂和交联剂，以水作为溶剂，加热至180～250℃进行反应获得碳量子点，所述胺类化合物包括但不限于甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丙二酰胺、丁二酰胺，所述浓磷酸为质量分数不低于80％的磷酸溶液。

根据本公开的可量产荧光/磷光双发射的白光碳量子点，尿素或与其具有相似化学结构的酰胺类化合物为碳源前驱体，浓磷酸作为催化剂和交联剂，在高温条件下，碳源前驱体和浓磷酸会发生交联聚合、氧化和脱水反应，形成缠绕聚合物，然后聚合物之间进一步碳化和交联反应，得到边缘具有聚合物长链的碳量子点。在紫外灯下，可以发出较强的白光，紫外灯关闭后，可以观察到明亮的绿色磷光。

根据本公开的可量产荧光/磷光双发射的白光碳量子点，其中反应溶剂去离子水对制备出可量产荧光/磷光双发射的白光碳量子点非常重要。如果反应溶剂换成甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺等其他溶剂，其他反应条件保持一致，均得不到可量产荧光/磷光双发射的白光碳量子点。