[发明专利]一种金刚石型碳量子点和制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种金刚石型碳量子点和制备方法及其应用。本发明是有机碳源分子在油水界面通过催化氧化方法获得。碳量子点的表面修饰有亲水性基团，粒径分布在2‑10nm，具有金刚石结构，可自组装为平均粒径20nm‑1000nm的碳球。将含碳原子数为6‑1000的有机碳源分子加入可溶性过渡金属盐水溶液中搅拌均匀，再加入氧化剂反应，合成的碳量子点产率可高50%。本发明方法简单、价格低廉，制备方法温和，可大量合成金刚石型碳量子点。本发明的金刚石型碳量子点在水性体系、极性溶剂中具有良好稳定性和分散性，可大面积应用于颜色可调的光致发光材料、荧光涂料、荧光墨水、生物成像材料、传感器材料、LED和OLED光源、光电子设备、柔性显示材料、智能可穿戴设备等，同时可应用于挥发性有机化合物的去除。

技术领域

本发明属材料、化工、环保技术领域，具体涉及一种金刚石型碳量子点和制备方法及其应用。

背景技术 碳量子点（碳点，Carbon Dots，CDs），是指尺寸小于10nm的含碳球形纳米粒子，是重要的碳基纳米材料，具有特征性的荧光激发依耐性，是光致发光材料中的重要成员。相较于传统的过渡半导体量子点和有机染料等光致发光材料，由于碳量子点是非金属，具有易合成、水溶性好、稳定荧光特性、低毒性和生物相容性等，可应用于生物成像、传感器、发光二极管、显示材料、光电设备等领域。

碳量子点可以分为两类，一类是有晶格的纳米晶体 (石墨型，石墨烯型，金刚石型结构)，另外一类是无定形的碳纳米粒子。碳量子点的合成方法有电弧放电法，激光辐射，热分解，湿氧化，超声合成，微波辅助，水热法，电化学刻蚀法等等。如中国专利CN201310021590.1采用水热合成或高压微波反应，制备了一种高荧光量子产率的碳点。中国专利CN201610054543.0采用溶剂热方法，制备了一种尺寸可控氮掺杂碳量子点。中国专利CN201510195185.0采用球磨的方法制备双波长荧光和双波长电致化学发光的碳量子点。目前报道的碳量子点大多是石墨晶型的，少有关于石墨烯型和金刚石型碳量子点的报道。

但目前碳量子点的合成方法大多采用苛刻的合成条件如高温、高压或使用强氧化性酸或激光，或加入昂贵的含铂、铷等催化剂，碳量子点产率低，既浪费资源又污染环境。另外，目前极少有报道金刚石型碳量子点的合成，已报道的石墨结构碳量子点，由于含有π–π键作用，团聚后容易自猝灭。另一方面，没有经过表面钝化处理的金刚石碳纳米颗粒(纳米金刚石)只发射单一波长荧光，且荧光来自纳米金刚石的点缺陷，尤其是特殊带负电的氮缺陷中心，难于获得小于10nm的有高度缺陷中心的纳米金刚石结构碳量子点。因此，如何采用比较温和的合成方法，大量合成金刚石型碳量子点并能大面积实际应用，是生物、材料、光电领域都迫切需要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种金刚石型碳量子点和制备方法及其应用。

本发明提出的一种金刚石型碳量子点，碳量子点是碳原子数为6-1000的疏水性有机碳源在油水界面通过催化氧化方法获得，得到的碳量子点具有金刚石结构，表面修饰有亲水性基团，单个碳量子点的粒径为1-10nm，碳量子点可自组装为平均粒径20nm-1000nm的碳球。

本发明中，碳量子点疏水性有机碳源在油水界面通过催化氧化方法获得，所述疏水性有机碳源的碳原子数为6-1000的一种或几种。

本发明中，碳量子点表面修饰有亲水性基团，所述亲水性基团为羟基、羧基、巯基、氨基或酰胺基中的一种或几种。

本发明中，所述碳量子点能分散在水性体系和极性溶剂体系中。

本发明中，所述碳量子点在可见光波段具有可控多荧光特性，不需要钝化处理。

本发明中，所述碳量子点可采用原位聚合或共混的方法复合到聚合物材料或无机材料中。