[发明专利]固态发光纯碳纳米点及其制备方法、白光LED、可见光通讯

说明书

本发明提供了一种固态发光纯碳纳米点及其制备方法、白光LED、可见光通讯。本发明公开的固态发光纯碳纳米点为通过利用氧化剂对原本固态发光猝灭的碳纳米点进行处理得到。本发明可以实现碳纳米点的固态发光。

技术领域

本发明涉及碳纳米点技术领域，尤其涉及一种固态发光纯碳纳米点及其制备方法、白光LED、可见光通讯。

背景技术

碳纳米点(Carbon dots,CDs)是一种新型发光的碳纳米材料，其因具有良好的稳定性、水溶性、耐光漂白以及出色的生物相容性，被视为有机染料和半导体量子点的潜在替代品。凭借以上优点，碳纳米点在生物成像、光电器件、生物标记及传感等领域具有广泛的应用前景。目前，碳纳米点已经实现了蓝光和绿光波段的高效发光，其水溶液的荧光量子效率已经达到60％以上。

最近，碳纳米点作为一种荧光材料，已被应用于LED照明。阻碍碳点应用的主要问题之一是它们在固体或高浓度的聚集诱导发光猝灭。这主要是由于在溶液中碳点的碰撞，从而导致在合成过程中的聚集。克服这种不良影响的常见的方式是将碳点掺杂到固态基质如无机盐中，可以实现低浓度的碳点的高效发光，但是仍然无法解决在高浓度的荧光猝灭。我们开发了一个简单的表面处理的方法，仅仅通过过氧化氢处理，得到的处理后的碳纳米点在固体状态下具有很强的黄绿色发射。利用这种发光纯碳点荧光粉，进一步制备了白光发光器件。纯碳纳米点荧光粉具有良好的光学性质和发光性质，可应用于照明和可见光通讯等方面。

现有技术中公开有一种基于化学切割制备碳纳米点的方法，包括：(1)将废弃碳纤维材料切成3-5mm的短纤，清洗，然后分散在浓酸混合液中，超声处理，得到混合液；(2)将上述混合液在80-150℃温度下回流12-24h，冷却至室温，然后稀释后碱中和，过滤，透析，即得碳纳米点。但是，这种方法属于一种自上而下法制备碳纳米点，反应时间长，得到碳纳米点尺度不均一，发光效率不高。

现有技术中公开有一种碳纳米点荧光粉、制作方法及LED灯珠，其中，所述碳纳米点荧光粉制作方法通过在碳纳米点溶液中加入可溶钡盐和可溶硫酸盐的方式在所述碳纳米点溶液中的碳纳米点表面形成稳定的硫酸钡。但是，这种方法实验过程复杂，成本高，且原理是将碳纳米点掺杂入一种固态基质中，不是基于纯碳纳米点的固态荧光粉。现有技术中公开有一种荧光介孔硅球的制备方法，将介孔硅球合成过程中的有毒模板剂转化成具有荧光性质的碳量子点，均匀嵌入介孔硅骨架中，形成具有荧光性的介孔硅球。所述适当催化剂成分为氯化钠、氯化锂和硝酸钾。但是，这种方法反应条件较为苛刻，需要催化剂，成本高，得到产物不纯，且荧光颜色为蓝绿光，应用领域窄。

目前，还没有高效发射特性的纯碳纳米点荧光粉的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于为了解决碳纳米点基荧光材料固态聚集淬灭问题，而提供一种通过氧化剂表面处理的的固态发光纯碳纳米点的制备方法与应用。

在第一方面，本发明提供了一种固态发光纯碳纳米点，所述纯碳纳米点为通过利用氧化剂对原本固态发光猝灭的碳纳米点进行处理得到。本发明所述的固态发光纯碳纳米点为固态的可发光的纯碳纳米点，无掺杂。

可选地，在一些实施例中，所述氧化剂的标准电极电势在0.8～1.7之间。

可选地，在一些实施例中，所述氧化剂选自过氧化氢、过氧乙酸、重铬酸钠、铬酸、硝酸、高锰酸钾、过硫酸铵中的一种。优选地，本发明的氧化剂为过氧化氢。

可选地，在一些实施例中，所述原本固态发光猝灭的碳纳米点选自绿光碳纳米点、蓝光碳纳米点、红光碳纳米点中的一种。绿光碳纳米点、蓝光碳纳米点和红光碳纳米点在溶液状态下发光，但在固态下不发光。

可选地，在一些实施例中，所述固态发光纯碳纳米点表面的含氧官能选自羰基和/或羧基，所述固态发光纯碳纳米点表面的氧含量为15％-35％。这里的氧含量是由XPS和EDX分析给出的氧元素含量。