[發明專利]熒光碳量子點、氮-磷共摻雜的熒光碳量子點及合成方法

在審

• 申請號: 202210057004.8
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114275768A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王傳義;任海濤
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C01B32/05;C09K11/65
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明提供熒光碳量子點、氮?磷共摻雜的熒光碳量子點及合成方法。熒光碳量子點的合成方法，包括如下步驟：步驟1，將樹葉粉末和去離子水形成的混合液在200～240℃下進行水熱反應，得到反應液A；步驟2，將反應液A中的副產物去除后干燥，得到熒光碳量子點。氮?磷共摻雜的熒光碳量子點的合成方法為將反應液A替換為反應液B，之后按照處理反應液A的方式處理，得到氮?磷共摻雜的熒光碳量子點，其中反應液B按如下過程得到：將樹葉粉末、磷酸脲和去離子水的混合體系在200～240℃下進行水熱反應，磷酸脲和樹葉粉末的質量比小于等于0.2，得到反應液B。本發明綠色、成本低，能顯著提高熒光碳量子點的量子產率。

技術領域

本發明涉及碳量子點合成領域，具體為熒光碳量子點、氮-磷共摻雜的熒光碳量子點及合成方法。

背景技術

近年來，量子點材料在環境檢測、光電催化、電子器件以及生物醫藥等領域具有重要的應用潛力。常見的半導體量子點如CdSe、ZnS、CdS、Si等具有尺寸可控、發射波長范圍較窄以及發光量子產率高等優點。但是，由于其水溶性差、合成過程復雜、化學穩定性差且大部分具有較強毒性等缺點，使其在實際應用過程中受到限制。

與半導體量子點相比，熒光碳量子點作為一種新型零維碳納米材料，不僅具有碳納米材料穩定的結構，又具有傳統量子點的熒光性能。此外，還具有比傳統量子點更為優越的特點，例如顆粒尺寸小、熒光穩定性高、發射波長可調諧、水溶性好、生物相容性好、毒性低、表面易功能化等特點。這些特點使碳量子點在光催化、光電子器件、環境污染物檢測和生物成像等領域展現了很大的潛在應用價值。

目前，多種方法被用來合成熒光碳量子點，例如電弧放電、微波加熱、電化學剝落、強酸氧化、高能球磨、溶劑/水熱和超聲合成等。但是，這些方法和以下一些缺點相關，包括冗長的提純過程、有毒的試劑、昂貴的前驅體、復雜的實驗裝置、苛刻的反應條件、無用的副產物、低的量子產率和高成本等。因此，開發一種更簡單、低成本、綠色環保的高熒光量子產率碳量子點合成方法是十分必要的。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供熒光碳量子點、氮-磷共摻雜的熒光碳量子點及合成方法，綠色、成本低，能顯著提高熒光碳量子點的量子產率。

本發明是通過以下技術方案來實現：

熒光碳量子點的合成方法，包括如下步驟：

步驟1，將樹葉粉末和去離子水形成的混合液在200～240℃下進行水熱反應，得到反應液A；

步驟2，將反應液A中的副產物去除后干燥，得到熒光碳量子點。

優選的，步驟1將所述的混合液以5～10℃/min的升溫速率從室溫升至200～240℃。

優選的，步驟1將所述的混合液在200～240℃下水熱反應5～6h，得到反應液A。

優選的，步驟2將反應液A用有機系濾膜和水系濾膜過濾若干次，收集過濾后的濾液，將濾液中的產物分離后得到熒光碳量子點。

進一步，步驟2將濾液冷凍干燥，得到熒光碳量子點。

再進一步，步驟2將反應液A用有機系濾膜或水系濾膜過濾后，所述濾膜上的濾餅為水熱碳。

一種由上述任意一項所述的熒光碳量子點的合成方法得到的熒光碳量子點。

氮-磷共摻雜的熒光碳量子點的合成方法，包括如下步驟：將上述任意一項所述的反應液A替換為反應液B，之后按照處理反應液A的方式處理，得到氮-磷共摻雜的熒光碳量子點，其中反應液B按如下過程得到：

將樹葉粉末、磷酸脲和去離子水的混合體系在200～240℃下進行水熱反應，磷酸脲和樹葉粉末的質量比小于等于0.2，得到反應液B。

進一步，將反應液B用有機系濾膜或水系濾膜過濾后，所述濾膜上的濾餅為氮-磷共摻雜的水熱碳。