[發明專利]一種光致碳量子點及其制備方法

有效

• 申請號: 202110402735.7
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113249122B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 朱亮亮;羅夢愷
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C07D417/12
• 分類號: C07D417/12;C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于納米材料技術領域，具體為一種光致碳量子點及其制備方法。本發明以吩噻嗪?二苯砜?吲哚為碳量子點前驅體，在紫外光持續輻照下，體系內自由基能夠有效氧化自組裝體碳化成尺寸為2~10nm的碳量子點。本發明制備方法操作簡單、反應溫和，擺脫傳統碳量子點高壓高溫高能耗的制備缺點，且產率高，重現性高；制備得的碳量子點能有效保留前驅體材料的氧氣響應性，溶劑依賴性等相關性能，且又兼具碳量子點材料獨特性能，如從藍光至紅光的覆蓋全可見光譜的激發依賴性，這些特性對將來發展新型的光電子器件、量子點探針等有獨特優勢。

技術領域

本發明屬于納米發光材料技術領域，具體涉及一種光合成碳量子點及其制備方法。

背景技術

碳量子點是一種碳基零維材料。粒徑一般介于2~100 nm間，相比于傳統的染料分子，碳量子點具有優秀的光學性質、寬的激發譜和窄的發射譜、低毒性、優秀的生物相容性等諸多優點。目前制備碳量子點的主流方法主要集中在燃燒法、水熱合成法、微波合成法等。這類主流的制備方法往往都需要提供高溫或者高壓等苛刻環境，受到能耗大、危險系數高、制備過程繁瑣、產率不高等缺陷的限制，難以規模生產。同時，傳統方式所得到的碳量子點和前驅體的性質差異較大，無法保留前驅體的優異性質，故難以從前驅體層面對碳量子點性能進行有效調控。結合以上研究背景，目前，發現一種新型簡易制備能夠有效保留前驅體性能的碳量子點的合成方法十分必要，能夠有效擴寬碳量子點領域的設計思路，從而可發揮其在光電領域等方面的廣泛應用價值。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種能耗小、產率高，能保留前驅體優異性質的光致碳量子點及其制備方法。

本發明首先提供一種光致碳量子點前驅體材料，為吩噻嗪-二苯砜-吲哚，其結構如通式I所示：

式中，R為-H、-(CH₂)_nCH₃、-C₆H₅、-F、-Cl、-Br。

本發明還提供上述前驅體的制備方法，合成路線如下式所示：

制備的具體步驟如下：

（1）制備化合物2

將吩噻嗪及衍生物（化合物1）溶解在干燥DMF中的溶液中，加入1-1.2倍當量的氫化鈉，在室溫下攪拌溶液20-40分鐘，加入1-1.1倍當量的4-氟苯基砜，在氮氣保護下將混合物在120-140℃下攪拌反應2-4小時；反應后，將混合物倒入水中，收集沉淀物，過濾后通過柱色譜法進一步純化，得到淡黃色固體，記為化合物2；

（2）制備化合物3

將5-硝基吲哚，碳酸鉀和化合物2加入圓底燒瓶中；注射干燥甲基吡咯烷酮（NMP），將混合物在130-140 ℃下攪拌3-5小時；冷卻后，將混合物倒入水中沉淀，過濾將所得沉淀物用水和石油醚沖洗后放入高真空下干燥10-15小時，其次將干燥產物溶解在乙醇中，逐滴加入SnCl₂·2H₂O，反應混合液加熱回流18-24小時，冷卻至室溫后將混合液倒入冰水中，并用稀NaOH水溶液調節pH至中性，用二氯甲烷萃取，將萃取液干燥濃縮，得到黃色沉淀，沉淀物在高真空下干燥得到化合物3，即目標產物。

本發明中，所述的水溶液可選擇去離子水。

本發明提供的上述前驅體材料在光照下能夠有效的產生穩定自由基，同時在溶液態該前驅體有納米級別的自組裝結構，因此在紫外光持續輻照下，體系內自由基能夠有效氧化自組裝體碳化成尺寸為2~10nm的碳量子點。

本發明還提供光致碳量子點的制備方法，以上述化合物3作為前驅體材料，在光照下制備碳量子點，具體步驟如下：

（1）制備化合物3（即光致碳量子點前驅體材料）；