[發明專利]一種具有可調控電致發光和光致發光性能的碳量子點的制備方法

有效

• 申請號: 201610824289.8
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106467744B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 楊培慧;賴志強;朱明瑤
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;C01B32/15;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 崔紅麗;陳燕嫻

本發明公開一種具有可調控電致發光和光致發光性能的碳量子點的制備方法。該制備方法為：以蔗糖為碳源，將蔗糖水溶液的pH調至堿性，插入工作電極，大力攪拌下，施加電壓，反應，得產物溶液；收集產物溶液，將鹽析出，得碳量子點溶液；將碳量子點溶液真空冷凍干燥，得粉狀固體，所述粉狀固體即具有可調控電致發光和光致發光性能的碳量子點。該方法在水溶液體系，以蔗糖為碳源，采用電化學方法，可通過控制反應中加入不同的表面鈍化劑來調控碳量子點的熒光和電致發光性能。且無須復雜的后續修飾處理便可得到同時具備優良電致發光和熒光的碳量子點。因此所制備的碳量子點可在熒光領域和電致發光領域都有極大的應用價值，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，具體涉及一種具有可調控電致發光和光致發光性能的碳量子點的制備方法。

背景技術

碳量子點(Carbon quantum dots，CQDs)作為碳納米材料家族的一個閃耀的新星已經受到廣泛的研究和應用。與半導體量子點和傳統的有機染料相比，CQDs具有極好的光學性質，無光漂白，克服了有機染料發光不穩定，易光漂白的缺點，同時彌補了半導體量子點毒性大的缺點，具有細胞毒性低和生物兼容性好，而且具有易于實現表面功能化的優勢。特別是，碳量子點具有獨特的光致發光和電致發光性能使其在生物傳感器，生物成像，藥物運輸，光熱治療和光電材料等領域都表現出了巨大的應用價值。

目前，大多數研究都集中在發展熒光碳量子點的合成方法，主要包括水熱法，微波輻射法，電弧放電法、激光刻蝕法、化學氧化法、超聲處理和電化學法。其中，水熱法和微波法制備碳量子點是被應用最為廣泛的方法，尤其是以各種有機小分子(檸檬酸、葡萄糖、氨基酸等)為碳源，采用水熱法制備熒光碳量子點的研究最為廣泛。水熱法制備的熒光碳量子點的產率比較高，但需要高溫高壓的反應條件，且耗時長，成本高。而微波輻射法比較簡單、制備的量也比較大。但是合成的碳量子點與原料分離比較困難，且需要特殊的反應裝置。此外，近年來，有少數文獻報道制備的碳量子點具有電致發光性能，如Zhu等人曾利用微波法合成了具有電致發光的熒光碳量子點(Zhu H,et al.[J].Chem Commun(Camb),2009,34:5118-5120)。Wang等人曾利用高能磨球技術研磨活性炭和KOH的混合物，硝酸中和后再在硼氫化鈉溶液中，90℃條件下回流6小時，透析純化得到同時具有電致發光和光致發光的碳量子點(Wang L,et al.[J].Carbon,2015,94:472-478)。以上方法制備同時具有電致發光和光致發光的碳量子點，都需要特殊的儀器設備，且操作繁瑣復雜。因此發展一種方便簡便的方法制備同時具有電致發光和光致發光的碳量子點具有重要意義。

近來，由于電化學法具有操作靈活、簡便，制備成本低等優點，利用電化學氧化法制備碳量子點也逐漸成為研究熱點。電化學法制備碳納米粒子，常見的是以離子液體或有機溶劑輔助電解導電的碳素材料，在一定的電流或者電勢下，通過陽極發生氧化，從而使得碳納米顆粒從工作電極極上剝落下來。如Zhou等曾以四丁銨高氯酸鹽的乙腈溶液為支持電解質，利用電化學氧化高純石墨棒合成能夠發射藍色熒光的碳納米粒子(Zhou J,et al.[J].Journal of the American Chemical Society,2007,129(4):744-745)。該方法整個制備過程是在有機溶劑中進行的，并且相對復雜，不適合大規模制備碳納米粒子。近來有研究表明，可以電碳化有機小分子制備熒光碳量子點。如Deng等人將碳材料電極替換成大表面積的鉑片電極，電解加入NaOH乙醇溶液，通過電壓的調節得到了不同尺寸具有藍色熒光性質的碳量子點(Deng J,et al.[J].Chemistry,2014,20(17):4993-4999)。隨后Wang等人以鉑絲為電極電解小分子有機物甘氨酸也得到了具有良好熒光性質的碳量子點(Wang C-I,et al.[J].Green Chemistry,2014,16(5):2509)。以上方法都需要特殊的反應介質，且所制備的碳量子點都只展現熒光特性。而以小分子物質為碳源，在水溶體系采用電化學方法制備同時具有電致發光和熒光特性的碳量子點還未見報道。