[发明专利]一种紫磷量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种紫磷量子点及其制备方法和应用，首先将块体紫磷晶体研磨成粉末后分散到有机溶剂中水浴超声2～4h，取分散液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在150～210℃下进行溶剂热反应12～24h，反应完毕后，将所得反应液冷却至室温，在8000～10000rpm/min转速下离心10～30min，收集上清液得到具有荧光性能的紫磷量子点。该方法工艺简单易操作，绿色环保，产率较高并且可实现大规模生产。所得紫磷量子点尺寸可控，同时可作为一种无标记的荧光探针，高选择性和灵敏性地检测Cu²⁺。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种紫磷量子点及其制备方法和应用。

背景技术

紫磷是一种新型的二维材料，是一种比黑磷更稳定的磷的同素异形体。重要的是，紫磷具有层依赖的可调谐带隙，因此基于石墨烯和过渡金属硫族化合物带隙的桥接，稳定的紫磷烯有望在场效应晶体管、储能电池、生物医学、传感器等领域展现出广阔的应用前景，被认为是一种非常有潜力应用于光学和半导体领域的新型二维材料。

尽管最近有报道成功通过机械剥离和液相剥离法得到了紫磷烯，然而在实际应用中大块的紫磷存在带隙窄、反应活性面积小等缺点，制约了其进一步研究与发展。目前除了二维结构，零维量子点是另一种形式的纳米材料，小尺寸赋予了它优异的量子限制效应和边缘效应，从而会产生较强的荧光，因此在未来有望代替传统的荧光染料和量子点而应用于荧光传感、光电材料、生物标记等领域。迄今尚未有报道制备紫磷量子点的方法，限制了其进一步的应用。因此，急需一种大规模制备小尺寸紫磷量子点的方法来拓宽其应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紫磷量子点及其制备方法和应用，来填补目前紫磷量子点的制备方法这一空白，进而推进紫磷量子点的应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种紫磷量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将紫磷晶体研磨成粉末，然后分散到有机溶剂中得到分散液；

步骤2)：将得到的分散液进行水浴超声，取超声后的分散液进行溶剂热反应，反应完毕后，将反应液冷却至室温，离心收集上清液，得到紫磷量子点。

进一步地，步骤1)中，紫磷晶体和有机溶剂的用量比为(10～50)mg：(20～100)mL。

进一步地，步骤1)中，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲基亚砜、异丙醇和无水乙醇中的一种或多种。

进一步地，步骤2)中，水浴超声功率为200W～600W，超声时间为2～4h，优选地，水浴超声功率为450～500W。

进一步地，步骤2)中，溶剂热反应的温度为150～210℃，溶剂热反应的时间为12～24h。

进一步地，步骤2)中，离心的转速为8000～10000rpm/min，离心时间为10～30min。

本发明还公开了一种基于上述制备方法得到的紫磷量子点，所述紫磷量子点尺寸可控，紫磷量子点的尺寸为3.16～13.39nm，厚度为1.81～2.31nm；

进一步地，所述紫磷量子点有明显的晶格条纹，晶格间距为0.47nm，紫磷量子点的表面含有P-O、P＝O基团。

进一步地，所述紫磷量子点在300-1000nm区域表现出明显的吸收特性，紫磷量子点的最大激发波长和最大发射波长分别为430nm和522nm。

所述紫磷量子点的荧光具有激发依赖性，随着激发波长的增大，发射波长随之红移；紫磷量子点的寿命为9.66ns。