[发明专利]一种具有室温磷光性质的无金属聚合物碳点、制备方法及其应用

说明书

一种具有室温磷光性质的无金属聚合物碳点、制备方法及其在制备聚合物碳点膜材料及在防伪中的应用，属于发光碳纳米材料制备技术领域。是称取聚丙烯酸或聚乙烯醇溶解于去离子水中，量取乙二胺、乙醇胺、丙二胺或丁二胺加入到上述聚丙烯酸溶液中，充分混合，搅拌均匀；将得到的混合溶液在150～250℃条件下水热反应2～10小时；然后自然冷却到室温；随后，对上述水溶液进行渗析、浓缩以除去杂质及多余的原料，最后，真空冻干制得具有室温磷光性质的聚合物碳点固体粉末。本发明所述方法有效地解决了现有室温磷光材料合成复杂、种类有限、价格昂贵、毒性高等缺点，可简便且批量地制备具有不同室温磷光特性的聚合物碳点。

技术领域

本发明属于发光碳纳米材料制备技术领域，具体涉及一种具有室温磷光性质的无金属聚合物碳点、制备方法及其在制备聚合物碳点膜材料及在防伪中的应用。

背景技术

室温磷光材料具有特殊的发光性能，在成像及信息安全等领域显示出广泛的应用潜力。但由于磷光的产生涉及电子的禁阻跃迁，且在室温下极易被环境中的水和氧气淬灭，故室温下极难观测到磷光。现阶段，易制备的室温磷光材料主要可分为两类：有机金属配合物(含金属，常为铱、铂等过渡金属)和纯有机小分子化合物 (无金属，含芳香羰基，卤原子取代等)。其中，金属室温磷光材料存在价格昂贵、高毒性的缺点，而无金属室温磷光材料合成复杂，种类有限。故发明一种绿色简便的合成方法，制备一系列无金属室温磷光材料是十分重要的。

作为新兴的碳基发光材料，聚合物碳点以其发光性能优异，稳定性好，毒性低且廉价易制备等优点受到广泛报道。通常，聚合物碳点为尺寸小于10nm的球状纳米粒子，外部存在官能团或聚合链，内部为高度交联的网状结构。其交联的结构既提供了发光中心(潜在发色团，C＝N，C＝O，N＝O等)，又抑制了振转等非辐射跃迁(利于三线态激子的形成)。因此，从聚合物碳点体系出发，制备具有无金属室温磷光性质的材料，有望解决上述的科学难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有室温磷光性质的无金属聚合物碳点及其制备方法，该聚合物碳点是由多元酸(醇)和二元胺制备得到。

本发明的方法克服了现有方法的高毒性、高成本、难制备且种类受限的弊端，采用一步水热法得到聚合物碳点水溶液，经渗析冻干过程制备具有室温磷光性质的聚合物碳点。通过改变原料的种类，可制备一系列具有不同发光性能的聚合物碳点。这种方法简单可行，成本低廉，绿色环保，且制备的产品性能优异，适于批量生成，在信息安全领域巨大的应用潜力。

我们首先利用聚丙烯酸(或聚乙烯醇)和乙二胺的混合溶液在高温反应釜中水热反应，制备碳点水溶液，并通过简单的分离纯化(渗析、过滤)得到具有室温磷光特性且较高产率的聚合物碳点固体粉末。此外，我们还尝试了除乙二胺外的其它有机含氮分子，如乙醇胺、丙二胺、丁二胺等，它们与聚丙烯酸共水热，均可以得到磷光性质的聚合物碳点，得到产物为室温磷光。

具体步骤是：称取聚丙烯酸或聚乙烯醇1～10mmol溶解于10～30mL去离子水中，量取乙二胺、乙醇胺、丙二胺或丁二胺1～10mmol加入到上述聚丙烯酸溶液中，充分混合，搅拌均匀；将得到的混合溶液在150～250℃条件下水热反应2～10小时；然后自然冷却到室温，得到淡黄色聚合物碳点水溶液，在手提紫外灯下具有蓝色荧光；随后，对上述水溶液进行渗析、浓缩以除去杂质及多余的原料，最后，真空冻干(压强：0～10Pa；温度：-30～-10℃；冻干时间：24～48h)制得具有室温磷光性质的聚合物碳点固体粉末。

本发明制备的聚合物碳点的固体粉末具有优异且稳定的室温磷光性质，在水中溶解性良好(室温下溶解度大于100克每10毫升水)。且经多次溶解，冻干后，其固体粉末的室温磷光性质的可恢复性良好。该方法有效地解决了现有室温磷光材料合成复杂，种类有限，价格昂贵，毒性高等缺点，可简便且批量地制备具有不同室温磷光特性的聚合物碳点。

附图说明

图1：a)聚合物碳点1在透射电子显微镜(TEM)下的照片；b)粒径尺寸统计图；