[發(fā)明專利]一種碳量子點(diǎn)制備方法及其圖案化應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110160042.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113004893B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭媛媛;王耀;李皓;王權(quán);周國(guó)富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué);深圳市國(guó)華光電科技有限公司
• 主分類號(hào): C09K11/65
• 分類號(hào): C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;C09K11/02;C09D11/50;C08J7/12;B23K26/362;C08L1/02
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 劉燚

本發(fā)明提供一種碳量子點(diǎn)及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種纖維素作為碳源在制備碳量子點(diǎn)中的應(yīng)用，該纖維素具有特定的結(jié)構(gòu)式。采用具有這些結(jié)構(gòu)的纖維素進(jìn)行制備時(shí)，簡(jiǎn)單地通過(guò)直接加熱、微波、激光、超聲波等方式聚集分子能量，使纖維素的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變即可形成碳量子點(diǎn)，在此過(guò)程中無(wú)需控制高溫高壓、無(wú)氧等條件就能夠完成反應(yīng)。同時(shí)，該纖維素膜可通過(guò)激光刻蝕直接形成碳點(diǎn)熒光圖案，提供了一種新型熒光圖案化方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種碳量子點(diǎn)及其制備方法和其圖案化應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳量子點(diǎn)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、生物兼容性及光穩(wěn)定性，可以應(yīng)用在生物標(biāo)記、生物成像、熒光檢測(cè)、LEDs、傳感器、光催化、太陽(yáng)能電池及電子器件等領(lǐng)域。與其它無(wú)機(jī)量子點(diǎn)相比，碳量子點(diǎn)具有低毒性及環(huán)境友好，是未來(lái)的明星材料。同時(shí)，碳量子點(diǎn)的原料來(lái)源廣泛。從實(shí)驗(yàn)室的檸檬酸、乙二胺四乙酸、尿素、乙二胺等到生活中的蔬菜、水果、樹葉、果汁等都可以作為碳量子點(diǎn)的原料。

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50％以上，因此，纖維素也可以作為碳量子點(diǎn)的一種優(yōu)良碳源使用。對(duì)纖維素進(jìn)行碳量子點(diǎn)的制備通常采用自下而上法。自下而上法是把有機(jī)前驅(qū)體作為種子在一定條件下生長(zhǎng)形成碳量子點(diǎn)，例如，采用直接加熱、微波以及超聲波等方式。目前，以纖維素為原料制備碳量子點(diǎn)的方法主要是在高溫高壓條件下通過(guò)水熱反應(yīng)，并經(jīng)由鈍化處理得到熒光碳量子點(diǎn)。然而，水熱法對(duì)反應(yīng)條件要求較為苛刻，例如，要求高溫高壓，通常還需要除去反應(yīng)體系中的氧氣等。因此，有必要提供一種操作簡(jiǎn)單的碳量子點(diǎn)的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種操作簡(jiǎn)單的碳量子點(diǎn)及其制備方法和其圖案化應(yīng)用。

第一方面，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種纖維素作為碳源在制備碳量子點(diǎn)中的應(yīng)用，該纖維素具有式(Ⅰ)的結(jié)構(gòu)式：

其中，n為20～20000的正整數(shù)，R分別獨(dú)立選自：

氫原子、硝基、且不同時(shí)為氫原子；

其中，L₁選自單鍵、C1～C10取代或未取代的亞烷基、C6～C10取代或未取代的亞芳基中的至少一種，R₁選自氫原子、鹵素原子、硫原子、磷原子、氨基、硝基、羥基、C1～C10未取代的烷基中的至少一種；R₂～R₅分別獨(dú)立選自氫原子、C1～C10未取代的烷基中的至少一種。

本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用至少具有如下有益效果：

本發(fā)明選擇具有特定結(jié)構(gòu)的纖維素原料，采用具有這些結(jié)構(gòu)的纖維素進(jìn)行制備時(shí)，簡(jiǎn)單地通過(guò)直接加熱、微波、激光、超聲波等方式聚集分子能量，使纖維素的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變即可形成碳量子點(diǎn)，在此過(guò)程中無(wú)需控制高溫高壓、無(wú)氧等條件就能夠完成反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的應(yīng)用，纖維素的取代度為35～39％。纖維素結(jié)構(gòu)上有35～39％的活性羥基發(fā)生取代，活性羥基和酰基化官能團(tuán)的量的不同會(huì)影響量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的含氧量，以及缺陷結(jié)構(gòu)的多少，可能因此改變量子點(diǎn)晶格的大小，并進(jìn)而對(duì)量子點(diǎn)的穩(wěn)定性、發(fā)光效率等產(chǎn)生影響。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的應(yīng)用，亞烷基或亞芳基的取代基選自鹵素原子、硫原子、磷原子、氨基、羥基。

第二方面，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種碳量子點(diǎn)的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

(1)取式(Ⅰ)的纖維素在100～250℃條件下熱解1h以上；

其中，n為20～20000的正整數(shù)，R分別獨(dú)立選自：