[發(fā)明專利]一種氮摻雜碳納米粒子及其制備方法與應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310036988.2
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103113886A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲松楠;劉星元
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C09D11/00;C09J11/04;C09J129/04
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮摻雜碳納米粒子及其制備方法與應(yīng)用，屬于納米材料科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳納米粒子是一種新型的納米材料，由于其具有無光閃爍、耐光漂、無毒、優(yōu)異的生物相容性及化學(xué)穩(wěn)定性等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，而受到越來越多的關(guān)注(LuminescentCarbonNanodots:EmergentNanolights，SheilaN.Baker，GaryA.Baker，Angew.Chem.Int.Ed.，2010，49，6726)，在生物成像、激光、光電器件等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

具有熒光特性的碳納米粒子最初是通過激光轟擊碳納米管獲得的，但其熒光量子效率較低。為了獲得具有較高熒光量子效率的碳納米粒子，通常需要引入表面鈍化修飾劑。例如，文獻(xiàn)(Microwave?synthesis?of?fluorescent?carbon?nanoparticles?with?electrochemiluminescence?properties，Hui?Zhu,Xiaolei?Wang,Yali?Li,Zhongjun?Wang,Fan?Yang，Xiurong?Yang，Chem.Commun.，2009，51)，以葡萄糖和果糖等糖類衍生物為原料，在無表面鈍化修飾劑的情況下，通過微波法制備的碳納米粒子表現(xiàn)出很弱的熒光，當(dāng)加入聚乙二醇(平均分子量200)作為表面鈍化修飾劑后，通過微波法制備的碳納米粒子表現(xiàn)出增強(qiáng)的熒光顯現(xiàn)，熒光量子效率為3%-6%。含有表面鈍化修飾劑的碳納米粒子在稀溶液狀態(tài)可以具有良好的分散特性，表現(xiàn)出較強(qiáng)熒光特性，但在聚集態(tài)下，材料的納米尺寸效應(yīng)消失，會表現(xiàn)出強(qiáng)的熒光淬滅現(xiàn)象，極大地限制了該類材料在固態(tài)發(fā)光體系中的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中還沒有無需表面鈍化修飾劑就可以獲得高熒光量子效率的碳納米粒子的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了獲得無表面鈍化修飾劑包覆、高熒光量子效率的碳納米粒子，提供一種氮摻雜碳納米粒子及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種氮摻雜碳納米粒子，該氮摻雜碳納米粒子是以含多羧基或多羥基的有機(jī)化合物為原料，以氨水作為溶劑和氮摻雜源，通過微波法制備而成。

優(yōu)選的是，所述的多羧基或多羥基的有機(jī)化合物為檸檬酸、酒石酸、甘油、葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖或淀粉；更優(yōu)選的是，檸檬酸、酒石酸、甘油、葡萄糖或蔗糖；最優(yōu)選的是檸檬酸。

本發(fā)明還提供上述一種氮摻雜碳納米粒子的制備方法，包括以下步驟：

①將含多羧基或多羥基的有機(jī)化合物溶解在氨水中，得到溶液；

②將①所制備的溶液通過微波加熱反應(yīng)獲得棕黑色粘稠狀液體；

③將棕黑色粘稠狀液體經(jīng)烘干處理，得到氮摻雜碳納米粒子。

優(yōu)選的是，步驟①中，所述的含多羧基或多羥基的有機(jī)化合物溶解在過量氨水中。

優(yōu)選的是，步驟②中，所述的微波加熱的微波功率為500-900W，加熱時間3-10分鐘；更優(yōu)選的是，所述的微波加熱的微波功率為700W，加熱時間5分鐘。

優(yōu)選的是，步驟③中，所述的烘干處理的溫度為50-90攝氏度，時間為1-2小時；更優(yōu)選的是，所述的烘干處理的溫度為80攝氏度，時間為1小時。

本發(fā)明還提供一種氮摻雜碳納米粒子在制備熒光墨水中的應(yīng)用，是將氮摻雜碳納米粒子溶于水或有機(jī)溶劑中，獲得氮摻雜碳納米粒子熒光墨水。

本發(fā)明還提供一種氮摻雜碳納米粒子在制備熒光膠水中的應(yīng)用，是將氮摻雜碳納米粒子溶于聚乙烯醇水溶液或聚乙烯醇膠水中，獲得氮摻雜碳納米粒子熒光膠水。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明以含多羧基或多羥基的有機(jī)化合物為原料，以氨水作為溶劑和氮摻雜源，通過微波法制備高熒光量子效率的氮摻雜碳納米粒子，克服了現(xiàn)有技術(shù)中碳納米粒子的制備需要表面鈍化修飾劑，導(dǎo)致碳納米粒子聚集態(tài)易產(chǎn)生熒光猝滅的技術(shù)問題，本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)；

(2)本發(fā)明所制備的氮摻雜碳納米粒子熒光膠水涂抹在任何基底上，經(jīng)干燥后，可形成固體發(fā)光薄膜或發(fā)光圖案，其固體薄膜的最大熒光量子效率高達(dá)84%；

(3)本發(fā)明所制備的氮摻雜碳納米粒子熒光墨水無毒，長久放置不會產(chǎn)生沉淀，且具有強(qiáng)的熒光特性，可應(yīng)用到生物成像、生物產(chǎn)品鑒定、信息存儲、信息加密、防偽、照明顯示、傳感、光伏器件等多種領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的氮摻雜碳納米粒子的透射電鏡圖片；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的氮摻雜碳納米粒子的X射線光電子能譜圖；