[发明专利]一种水相室温磷光碳点材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水相室温磷光碳点材料的制备方法和应用，属于功能型发光碳材料制造领域。本发明将碳源、熔融盐基质、碱土金属盐和磷酸氢盐混合进行碳化，碳化结束后，温度冷却到室温，洗涤去除所制材料的熔融盐基质，即得具有水分散性质的室温磷光碳点材料。本发明所述方法有效解决了现有碳点磷光材料无法运用在水相、短寿命和制备方法复杂，可简单制作大批量可运用在水相中的室温磷光材料。

技术领域

本发明属于功能型发光碳材料制造领域，涉及一种水相室温磷光碳点材料的制备方法和应用。

背景技术

室温磷光材料具较大的斯托克斯位移、长寿命的三重激发态、有效消除自吸收和背景荧光等独特特征。室温磷光材料在去除激发源后通常可以显示几秒钟到几小时的寿命，这个独特的性质有望在信息安全、光电设备、传感和高灵敏度生物成像中得到广泛应用。室温磷光材料的早期研究通常集中在重金属基无机物或有机复合物，但由于重金属的毒性作用以及潜在的环境危害和昂贵的合成成本，此方法受到严重限制。为了克服这些缺点，最近报道了无金属的纯有机室温磷光分子，并且它们具有许多优点，例如成本低、稳定性好、易加工性和良好的生物相容性。但是由于其弱自旋轨道耦合和较大的非辐射速率常数，有机发光团的三重态激子很容易通过热力学振动伸缩和外部的非辐射衰变过程而失活，使得有效的有机室温磷光材料仍然非常稀有。因此，迫切需要找到一些替代方法来制备室温磷光材料。

碳点作为一类发光纳米材料，由于其良好的水溶性、较高的光稳定性、低毒性和良好的生物相容性，在生物、光电和化学领域引起了越来越多的关注。到目前为止，大多数研究集中在荧光碳点的开发上，由于三重态激子跃迁的自旋禁阻性质，因此对碳点的室温磷光现象及其相关应用的关注较少。通常，可以通过增强自旋-轨道耦合来促进单重态至三重态系统间穿越过程并抑制非辐射弛豫途径来激活室温磷光发射。一些固态具有室温磷光的碳点是通过将特定基团(即重原子，杂原子或芳族羰基)掺入碳点结构或将碳点嵌入基质(无机盐、聚合物、沸石和聚乙烯醇等)而实现的。应该需要注意的是，目前所制备的具有室温磷光特性的碳点材料基本都处于固态，存在如下缺陷：(1)碳点材料分散在水中时，随着结晶盐基质的崩塌，室温磷光性质便消失；(2)碳点材料粒径太大在水相中很容易发生沉降，无法有效分散；从而限制了磷光碳点材料在水相中应用。因此，获得在水溶液中具有有效室温磷光性质的碳点对于其应用至关重要。

发明内容

本发明基于上述现有技术的不足，提出了一种制备长寿命的水相室温磷光碳点的方法。获得一种简单、绿色的熔融盐法制备具有水分散性质的长寿命室温磷光碳点材料。

本发明的技术方案是：一种制备水相室温磷光碳点的方法，步骤如下：

(1)将碳源、熔融盐基质、碱土金属盐和磷酸氢盐加入水中，充分搅拌得到混合溶液，然后干燥得到均匀的混合粉末；或者直接将碳源、熔融盐、碱土金属盐和磷酸氢盐混合得到混合粉末；其中，碳源、熔融盐基质、碱土金属盐和磷酸氢盐的质量比为1：(10-50)：(1-5)：(0-4)；

(2)将步骤(1)所得的混合粉末在200-500℃下进行碳化，碳化结束后得到粉末产物，洗涤，去除熔融盐，即得具有水分散性质的室温磷光碳点材料；其中，所述熔融盐基质的熔化温度不超过碳化的温度。

在本发明的一种实施方式中，所述磷酸氢盐为一氢盐或者二氢盐。

在本发明的一种实施方式中，所述熔融盐基质为熔化温度为140-400℃的硝酸盐、氯化盐、磷酸盐和硫酸盐中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述碱土金属盐形成不溶于水的固体基质，保护了三重态激子。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述干燥的方法为真空冷冻干燥、液氮冷冻干燥、减压干燥和常压干燥中的一种。

在本发明的一种实施方式中，所述碳源为脂肪族化合物、芳香族化合物、杂环化合物或高分子聚合物中的任一种或几种。