[發(fā)明專利]一種紫外線廣譜吸收的碳量子點(diǎn)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110650563.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113512422B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉應(yīng)亮;葉煒浩;胡廣齊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東碳紫科技有限公司;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K11/65
• 分類號(hào): C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;C01B32/15
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 肖宇揚(yáng)

本發(fā)明提供一種紫外線廣譜吸收的碳量子點(diǎn)：碳量子點(diǎn)的表面接枝有一類基團(tuán)和二類基團(tuán)，一類基團(tuán)中含有C＝O、C?OH、C?NH中的至少一種，二類基團(tuán)具有呈共軛結(jié)構(gòu)的含氮雜環(huán)。在本發(fā)明所提供的碳量子點(diǎn)表面所接枝的二類基團(tuán)的共軛結(jié)構(gòu)具有π電子，該π電子與碳點(diǎn)表面接枝的一類基團(tuán)中的化學(xué)鍵，如C＝O、C?OH、C?NH等，產(chǎn)生共軛作用形成n?π*，從而產(chǎn)生280–320nm的強(qiáng)UVB吸收。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紫外吸收材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種紫外線廣譜吸收的碳量子點(diǎn)。

背景技術(shù)

隨著近代工業(yè)化以及城市化的高速發(fā)展，伴隨而來(lái)的負(fù)面影響之一，如：大氣臭氧層遭到破壞，以致太陽(yáng)輻射到地面上的紫外線越來(lái)越強(qiáng)。紫外線輻射不僅會(huì)導(dǎo)致人體皮膚黝黑和紅斑，更嚴(yán)重的是，它會(huì)引發(fā)黑色素瘤和DNA損傷，從而可能誘發(fā)皮膚癌。

紫外線吸收劑對(duì)抑制紫外線輻射非常有效。在防曬化妝品領(lǐng)域，有單功能吸收的吸收劑，如UVB或UVA吸收劑，及廣譜化學(xué)紫外線吸收劑和納米TiO2和ZnO等屏蔽劑。在聚合物中，紫外線吸收劑具有多樣化，常見(jiàn)的由如二苯甲酮類、苯并三唑、三嗪類和水楊酸類等。在涂料中，加入紫外線吸收劑可以延緩溶劑型涂料含有的有機(jī)物的分解和黃化。然而，隨著紫外線吸收劑對(duì)生物影響的研究逐漸深入，發(fā)現(xiàn)即使嚴(yán)格控制具有低毒性的吸收劑的添加量，但由于二苯甲酮和苯并三唑類吸收劑難以降解，隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸累積，最終引起潛在的巨大危害。防UV輻射的助劑存在潛在的毒性或UV屏蔽效率低等問(wèn)題，其已無(wú)法滿足當(dāng)前人們對(duì)環(huán)保、安全等方面的要求。

量子點(diǎn)的誕生起源于上個(gè)世紀(jì)70年代中期，其研究與發(fā)展時(shí)至今日，各種量子點(diǎn)如雨后春筍般出現(xiàn)，取得了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)展成為了一個(gè)嶄新的學(xué)科。目前為止，已報(bào)道的量子點(diǎn)主要包括：半導(dǎo)體量子點(diǎn)、硅或碳或石墨烯量子點(diǎn)以及其他氧化物量子點(diǎn)。其中碳點(diǎn)，做為一種新興的熒光納米材料，由于它突出的性能特點(diǎn)，在近幾年獲得了許多研究學(xué)者的關(guān)注。它通常是指尺寸小于10nm的熒光碳納米顆粒。相對(duì)于傳統(tǒng)的有機(jī)染料和半導(dǎo)體量子點(diǎn)，碳點(diǎn)展現(xiàn)出突出的特點(diǎn)：簡(jiǎn)單的制備方法，可轉(zhuǎn)換的熒光發(fā)射，無(wú)毒性，良好的光穩(wěn)定性和生物相容性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種紫外線廣譜吸收的碳量子點(diǎn)，以獲得安全、對(duì)紫外線具有高效吸收的紫外線吸收劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種紫外線廣譜吸收的碳量子點(diǎn)：碳量子點(diǎn)的表面接枝有一類基團(tuán)和二類基團(tuán)，一類基團(tuán)中含有C＝O、C-OH、C-NH中的至少一種，二類基團(tuán)具有呈共軛結(jié)構(gòu)的含氮雜環(huán)。

在本發(fā)明所提供的碳量子點(diǎn)表面所接枝的二類基團(tuán)的共軛結(jié)構(gòu)具有π電子，該π電子與碳點(diǎn)表面接枝的一類基團(tuán)中的化學(xué)鍵，如C＝O、C-OH、C-NH等，產(chǎn)生共軛作用形成n-π*，從而產(chǎn)生280–320nm的強(qiáng)UVB吸收。

優(yōu)選地，含氮雜環(huán)為咪唑環(huán)。若二類基團(tuán)中的共軛結(jié)構(gòu)為咪唑環(huán)結(jié)構(gòu)，有利于拓寬碳量子點(diǎn)的紫外吸收范圍，可實(shí)現(xiàn)紫外線的全吸收。

優(yōu)選地，按照如下方法制備：以供碳原料和氨基多元雜不飽和環(huán)化合物作為原料，采用水熱法一步合成碳量子點(diǎn)，其中，供碳原料包括有機(jī)酸、有機(jī)酸鹽中的至少一種，氨基多元雜不飽和環(huán)化合物用于提供二類基團(tuán)。

優(yōu)選地，有機(jī)酸選自檸檬酸、蘋果酸、硫代蘋果酸、粘液酸、草酸、酒石酸中的至少一種，有機(jī)酸鹽包括檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、檸檬酸鈣、蘋果酸二鈉、草酸鈉、酒石酸鈉中的至少一種。

優(yōu)選地，以檸檬酸鈉作為供碳原料參與碳量子點(diǎn)的合成。

優(yōu)選地，氨基多元雜不飽和環(huán)化合物選自氨基咪唑硫酸鹽、氨基吡嗪、苯胺、3-氨基噠嗪、2-氨基嘧啶、3,4-二氨基噻吩二鹽酸鹽、4-氨基吲哚、4-氨基2-氯苯酚、鄰苯二胺、N-氨乙基哌嗪、3-氨基吡咯、吡咯-2-甲酸、吡咯烷-3-甲酸鹽酸鹽中的至少一種。

優(yōu)選地，以氨基咪唑硫酸鹽作為氨基多元雜不飽和環(huán)化合物參與碳量子點(diǎn)的合成。