[發明專利]一種全色可調的長壽命室溫磷光材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111176734.1
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113817460B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 邱惠斌;丁遠飛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/65
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種全色可調的長壽命室溫磷光材料及其制備方法。該長壽命室溫磷光材料是一種由氧化硼多晶和碳點構成的復合物，碳點原位生成并均勻分散和嵌入在氧化硼多晶中，氧化硼多晶為硼酸分子原位脫水產生的塊狀多晶體。本發明的長壽命室溫磷光材料具有全色可調的長壽命室溫磷光顏色，磷光顏色可以從藍色調節到紅色，覆蓋整個可見光區。本發明的長壽命室溫磷光材料的平均衰減壽命在室溫空氣環境中可達113.90–581.76ms，在77K真空環境下最高可達1311.07ms，肉眼可辨的余輝時間室溫空氣環境中達5–12s，且磷光發光性能穩定，可長時間存儲。

技術領域

本發明屬于磷光材料領域，具體涉及一種全色可調的長壽命室溫磷光材料及其制備方法，特別是一種全色可調的碳點復合物基長壽命室溫磷光材料及其制備方法和應用。

背景技術

長壽命室溫磷光在光電、光伏、光催化、高靈敏生物成像、信息加密等領域具有重要的應用價值[Adv.Funct.Mater.2018,1802657]。目前，相對于傳統的金屬摻雜化合物[Angew.Chem.Int.Edit.2019,58,7278]，純有機室溫磷光材料因其低耗和通用的合成策略(如晶體工程，主客體摻雜和H-聚集)成為一種的極具前景的替代品[Angew.Chem.Int.Edit.2019,58,18776]。但是，大多數純有機磷光材料需要相對復雜的合成過程并且很難在單一體系中調控室溫磷光的顏色，使得缺少全色室溫磷光，這極大地限制了其在光電領域的應用。

最近，碳點(carbon dot,CDs)因其容易制備，高光穩定性和突出的生物兼容性等特點在構建非金屬室溫磷光材料方面獲得了極大的關注。通常，雜原子摻雜和將CDs嵌入在主體基質如聚乙烯醇，二氧化硅，無機鹽或者尿素中可產生并增強CDs的磷光。申請號為CN202011008933的在先專利，使用臧紅T和氫氧化鈉作為原料合成碳點，再將合成的碳點與硼酸在溶液中加熱反應制得CDs基磷光材料。申請號為CN201811314890的在先專利，采用不同原料和方法預先合成了六種碳點，再將制備的碳點與硼酸在熔融狀態下反應制得CDs基磷光材料。但是這些方法都需要多步反應和多種前驅體，需要預先合成碳點，使得制備過程相對冗長和不可控，限制了其大量制備，并且室溫磷光顏色主要限制在窄波長范圍內且不可控。

發明內容

本發明的目的是針對磷光顏色限制在較窄波長范圍內的問題，提供一種全色可調的長壽命室溫磷光材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下方案來實現：

第一方面，本發明提供了一種全色可調的長壽命室溫磷光材料，包括氧化硼多晶和碳點；所述碳點原位生成并均勻分散并嵌入在氧化硼多晶中；所述氧化硼多晶為硼酸分子原位脫水產生的塊狀多晶體。

現有技術中，需要先合成碳點，再使得碳點與基質反應生成新的碳點并嵌入在基質中，與其相比，本發明易于通過原料控制碳點的粒徑，氧化程度及表面官能團來控制磷光材料的光學性能。

作為本發明的一個實施方案，所述碳點的粒徑大小為2.8–5.3nm，結構為類石墨化結構，氧化程度為28.16％–58.16％。

作為本發明的一個實施方案，所述長壽命室溫磷光材料中包含C，B，O元素及-OH，C-C/C＝C，C-O/C-O-B，C＝O，O-C＝O，BCO₂，B₂O₃和B-O化學鍵。

第二方面，本發明還提供了一種長壽命室溫磷光材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、反應物的混合：將檸檬酸和硼酸完全溶解于溶劑中，加熱使溶劑完全揮發，使得檸檬酸和硼酸均勻混合并得到檸檬酸和硼酸的混合物；

S2、磷光材料的制備：將步驟S1所得的硼酸和檸檬酸的混合物加熱熔融，待硼酸與檸檬酸反應完全；

S3、通過改變步驟S1中檸檬酸和硼酸的配比、加熱熔融溫度或時間，得到磷光顏色不同的長壽命室溫磷光材料。