[发明专利]一种窄光谱发射的红光碳量子点及其水热制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种窄光谱发射的红光碳量子点及其水热制备方法与应用。该制备方法包括：将蒽绛酚和选定的催化剂同时溶解或者分散于纯溶剂或者混合溶剂中，搅拌获得均匀的前驱体溶液，并将该反应液在反应釜溶剂热条件下进行反应数小时，待其冷却至室温后得到粗产物分散液，最后通过对粗产物分散液进行提纯、干燥和分散得到所述的窄光谱发射的红光碳量子点材料。本发明设计的碳量子点具有红光发射（发射峰：‑615 nm)，窄半高宽（FWHM30nm)，荧光量子效率高（PLQY40%）的特点。将该红光碳量子点与蓝光和绿光芯片封装在一起形成白光LED背光源，可以显著提升LCD显示器的色域。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，具体涉及一种水热法制备红光发射碳量子点的方法。

背景技术

碳量子点（Carbon Quantum dots，CQDs）是一种碳基零维材料，尺寸少于10nm单分散球状纳米碳材料。碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点。其被认为是是传统镉基毒性量子点的最好替代品，被广泛应用于载药、生物成像、金属粒子检测、光电催化和LED应用上。

目前，国内外制备碳量子点的方法有许多种。从碳源前驱体的角度主要可分为两大类：自上而下法 (Top-down) 和自下而上法 (Bottom-up)。经过多年的研究过程，蓝光碳量子点的量子效率可达80%以上，绿光碳量子点的量子效率可达50%以上，但红光碳量子点的量子效率一直处于较低的情况。并且大多数所述的红光碳量子点呈现激发效率较低，特别在近紫外光激发下呈现蓝绿色发光，这很大限制了红光碳量子点的应用进展。同时，碳量子点的宽带宽荧光发射是仍未解决的问题，普遍存在的碳点发射光谱的半波峰都大于80nm，这极大限制了碳量子点在显示应用的发展。解决该问题，有望可取代有毒的金属基量子点和昂贵的稀土材料。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种窄光谱发射的红光碳量子点及其水热制备方法与应用。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明的目的在于针对目前大多数碳量子点为蓝光和绿光发射。同时目前红光碳量子点的合成过程较为复杂以及碳量子点的色纯度差。

本发明改进在于，采用干燥箱在室温、标准大气压下能简单、环保地合成红光碳量子点，并且具有色纯度高、发光效率较高、激发独立等特点，该技术对于实现碳量子点在长波段荧光发射的研究具有重要意义。

本发明改进在于，采用蒽绛酚（Anthrarufin）、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇三种前驱体配合为首次使用。

本发明提供的一种窄光谱发射的红光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：

（1）将含羟基醌类化合物与含酰胺基化合物加入溶剂中，分散均匀，得到前驱体溶液；加入催化剂，放到超声波清洗机中进行超声处理，得到反应液；

（2）将步骤（1）所述反应液封装于高压反应釜中升温进行溶剂热反应，得到含有窄光谱发射的红光碳量子点的粗产物；

（3）将步骤（2）所述含有窄光谱发射的红光碳量子点的粗产物进行提纯和干燥，得到所述窄光谱发射的红光碳量子点材料。

进一步地，步骤（1）所述含羟基醌类化合物为蒽绛酚、1,4-二羟基蒽醌、1,8-二羟基蒽醌、1,2,3-三羟基蒽醌中的一种以上。所述碳源蒽绛酚、1,4-二羟基蒽醌、1,8-二羟基蒽醌、1,2,3-三羟基蒽醌等含羟基醌类化合物；所述氮源为N,N-二甲基甲酰胺、甲酰胺等含酰胺基化合物。

优选地，步骤（1）所述含羟基醌类化合物为蒽绛酚。

进一步地，步骤（1）所述含酰胺基化合物为N,N-二甲基甲酰胺、甲酰胺中的一种以上；所述含羟基醌类化合物与含酰胺基化合物的用量比为1：50-1：5 g/ mL。