[发明专利]一种荧光碳量子点及其发光聚合物基复合材料与制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能高分子复合材料领域，具体涉及一种荧光碳量子点及其发光聚合物基复合材料与制备方法。

背景技术

荧光碳量子点（CDs）是继碳纳米管、纳米金刚石、富勒烯和石墨烯之后又一类重要的纳米碳材料，量子点具有优异的光学和电学性能，跟传统的半导体量子点相比，CDs具有低毒、价廉、光稳定性好，生物相容性好等优点，因此CDs在生物成像、生物传感和探针、光催化、荧光油墨、LED器件以及太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。自从2004年CDs被首次报道以来，制备CDs的方法不断的涌现，比如激光消融法、高温热解法、燃烧法、水热法、模板法、电化学侵蚀法、超声及微波辅助法等，虽然制备CDs的方法很多，但他们都存在着不同的缺陷，比如制备的产物需要经过复杂的分离过程、产量低、制备过程复杂不易实现工业化等，更重要的是目前大部分方法制备的碳量子点在干燥态下出现严重的荧光淬灭，从而限制了CDs在固态器件中的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种荧光碳量子点。

本发明的目的之二在于提供基于该荧光碳量子点的发光聚合物基复合材料。

本发明的目的之三在于提供该荧光碳量子点的制备方法。

本发明的目的之四在于提供该发光聚合物基复合材料的制备方法。

发明通过以下技术方案实现上述目的：

发明提供了一种荧光碳量子点或其发光聚合物基复合材料，由以下原料制备获得：

小分子碳源；

有机硅单体；

所述小分子碳源为L-抗坏血酸（L-AA）、柠檬酸（CA）、叶酸、葡萄糖中的一种或多种；所述有机硅单体为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH791）、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（KH792）、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）中的一种或多种。

优选地，所述的小分子碳源和有机硅单体的摩尔比为1:0.5～10。

发明同时提供了该荧光碳量子点的制备方法：将小分子碳源和有机硅单体在溶剂中和反应生成荧光碳量子点。

优选地，所述溶剂为乙醇和水的混合溶液，乙醇和水的体积比为1:0.2～1。

优选地，在上述的反应过程中，所述的小分子碳源的反应浓度为0.05～0.5 mol/L。

优选地，反应温度为80～95℃；反应时间为5～24h。

发明同时提供了该发光聚合物基复合材料的制备方法，是将上述得到的荧光碳量子点反应产物进一步去除溶剂，固化得到发光聚合物基复合材料。

优选地，固化反应温度为60～100℃；固化反应时间为5～72h。

本发明所采用的小分子碳源，是生成碳量子点所必须的反应原料。有机硅单体的存在可以促进碳量子点的形成，并且利用有机硅单体对碳量子点的表面改性效果，可起到稳定碳量子点的作用，防止其团聚。另一方面，有机硅单体可以作为聚合物基质的单体，不仅使碳量子点在溶液中具有良好的稳定性和较高的荧光性能，当溶剂除去后可以形成聚合物基复合材料，仍然能保持原有的荧光性能。由此可见，小分子碳源与有机硅相结合的主要优势在于充分利用了有机硅单体的多种效应，阻隔碳量子点之间的团聚，并在除去溶剂后原位形成聚合物，使得碳量子点在聚合物基体中有良好的分散，从而获得发光聚合物复合材料，达到碳量子点与聚合物基质相容性良好且保持原有的发光特性的目的。如果不使用有机硅单体，所生成的碳量子点的发光性能较差，去除溶剂后碳量子点在干燥态下出现严重的荧光淬灭，难以被应用。

不同的小分子碳源，其反应的活性有所差别。而不同的有机硅单体，其分子结构上的活性基团不同，因此与碳量子点表面的活性基团的反应有所差异，并带来不同的稳定效果。作为最优选的方案，相对来讲，L-AA具有更高的反应活性，更容易得到碳量子点，得到的碳量子点也具有更好的发光性能。KH791的氨基较容易与碳量子点表面的羧基进行酰胺化反应，可以更有效地起到钝化碳量子点的作用，提高碳量子点的发光性能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：