[发明专利]浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点及其制备方法

说明书

本发明涉及一种浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点及其制备方法，是以间苯三酚为碳源，乙二胺为氮源，硼酸为硼源，在水与N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶液中常压加热反应制备得到的碳量子点。本发明制备得到了一种在固态下具有明亮红色荧光的、在不同浓度溶液中具有不同发光颜色的碳量子点，其独特的浓度依赖荧光可调特性，使其适合于作为荧光发光材料用于制备多色发光二极管。

技术领域

本发明属于荧光发光材料技术领域，涉及一种碳量子点，特别是涉及一种能在固态下发射红色荧光及不同浓度液态下发射多色荧光的碳量子点材料，以及该碳量子点的制备方法。

背景技术

当材料进入纳米尺度范围时，将会具有量子尺寸效应、表面效应等特性，从而表现出与普通材料迥异的物理化学性能。碳纳米材料形态多样且具备优异的导电性、良好的生物相容性、稳定的化学性能和大的比表面积等优势，在纳米电子学、光学、催化化学、生物医学及传感器等领域中得到广泛应用。

碳量子点(carbon quantum dots，CQDs)泛指一种粒径小于10nm、具有类石墨晶型结构的新型荧光碳纳米材料，是以碳为基本骨架、表面含有大量含氧基团的单分散类球形纳米颗粒，2004年由Scrivens课题组在单壁碳纳米管的提纯过程中首次获得，后受到研究者的广泛追捧。

相较于传统化学荧光物质，碳量子点作为纳米荧光材料具有其特有的优势，包括高的亮度和光稳定性、优秀的溶剂分散性及生物相容性、荧光发射光谱一定程度上可控、激发光谱宽且连续等。作为一种新兴的荧光粉，碳量子点已经被广泛应用在生物医学、光电器件、防伪、喷墨打印等领域。

然而，大多数碳量子点仅在溶液中具有明亮的荧光，干燥形成薄膜或固态粉末时，会发生显著的荧光猝灭，其荧光强度急剧衰减甚至消失。如，Yuan等(Yuan F, Yuan T, SuiL, et al. Engineering triangular carbon quantum dots with unprecedentednarrow bandwidth emission for multicolored LEDs[J]. Nature communications,2018, 9(1): 1-11.)以间苯三酚为原料，通过溶剂热法合成的多色碳量子点，其液态下的荧光量子产率高达54～72%，但粉末由于荧光猝灭，未检测到荧光。这一缺点严重阻碍了要求碳量子点具备固态发光的领域，如光电器件、指纹识别等领域的应用。因此，有效制备具有固态发光的碳量子点，就成为目前亟待解决的重要问题。

此外，目前能够制备的固态荧光碳量子点也多为短波长发射，如Jiang等(Jiang BP, Yu Y X, Guo X L, et al. White-emitting carbon dots with long alkyl-chainstructure: Effective inhibition of aggregation caused quenching effect forlabel-free imaging of latent fingerprint[J]. Carbon, 2018, 128: 12-20.)以含长链烷基的Tween80为单一原料，通过一步法合成CDs，其固态粉末的发光波长440nm，荧光量子产率仅为2.0%。而红光区域的固态发射更是鲜有报道。

同时，多数碳量子点的荧光并不随浓度的改变而变化，从而造成其在多色发光二极管显示领域的应用受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点，以及该碳量子点的制备方法，本发明制备的碳量子点在固态下能够发射明亮的红色荧光，在溶液状态下基于不同浓度的溶液发射从蓝到红的多色荧光。

本发明所述的浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点是以间苯三酚为碳源，乙二胺为氮源，硼酸为硼源，以N,N-二甲基甲酰胺或水与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液作为溶剂介质，常压下加热反应制备得到的碳量子点。