[发明专利]一种具有窄的荧光发射峰半峰宽的荧光碳点及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有窄的荧光发射峰半峰宽的荧光碳点的制备方法，所述制备方法包括：将平面共轭大环类化合物分散至溶剂中，在120‑250℃下反应6‑48h，过滤、纯化得到具有窄的荧光发射峰半峰宽的荧光碳点；所述平面共轭大环类化合物选自酞菁及其衍生物、卟啉及其衍生物、五氮齿及其衍生物、噻吩及其衍生物；其中，当共轭大环类化合物中包括有金属元素时，所述金属元素选自第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ主族。该方法以特定的平面共轭大环类化合物为原料，经过简单、环保的溶剂热法可制备得到具有超窄荧光发射峰半峰宽的荧光碳点。

技术领域

本发明涉及荧光纳米材料技术领域。更具体地，涉及一种具有窄的荧光发射峰半峰宽的荧光碳点及其制备方法。

背景技术

传统的光电功能材料是以半导体异质结构和量子结构材料为主。随着研究的不断深入，逐渐以低维量子微结构外延材料，如纳米尺寸的量子线和量子点材料为主，纳米光电材料因固有的光电特性使得在光电器件、传感、生物等方面具有广阔的应用前景。然而，半导体量子点/量子线等纳米材料具有生物相容性差、重金属污染的特点限制其在光电件、传感器等方面的应用范围。碳点作为新型的一种碳纳米材料，因具有较高的电子迁移率、较长的热电子寿命、可调的带隙宽度、光稳定好、绿色合成等光电特性，从而有望成为目前主流光电材料的替代品。

碳点(Carbon dots，CDs)是在石墨烯、碳纳米管、富勒烯等碳纳米材料之后出现的一种新型碳纳米材料。碳点包含石墨烯量子点(GQDs)、碳纳米点(GNDs)两类。碳点的粒径一般在10nm以下，由碳、氧、氢等元素组成，内核是一般由sp²共轭体系构成，其表面具有一定活性的有机官能团。另外，碳点具有良好的光稳定性、高荧光量子效率、发射波长可调谐、生物相容性好、制备简单、原料来源广泛等优势，广泛应用于光电器件、生物、光催化、传感等领域。

碳点的制备方法有很多种，通常分为自上而下(电化学氧化法、球磨、激光烧蚀、电弧放电法等)和自下而上(水热/溶剂热法、等离子体处理、微波法、热解法等)两种。自上而下法具有操作复杂、反应结果具有不可控性、产物的荧光量子效率较低等特点。而自下而上法可以精确设计前驱体结构和调整反应条件，实现调控产物的光学性能，获得高品质荧光碳点。目前荧光碳点存在着半峰宽较宽、荧光量子效率不高的问题，在一定程度上限制了石墨烯量子点在光电器件、光催化、传感器、生物成像等领域的应用。解决上述问题通常采用前驱体分子结构的设计、重金属元素的掺杂、量子尺寸的调控等手段。然而，这些方法存在着操作复杂、反应条件苛刻等劣势。为解决上述问题，发现光敏型有机染料在窄半峰宽发射方面具有良好的优势。目前也有光敏型染料在荧光碳点制备方面的文章和专利报道出来。如，中科院理化所报道了以酞菁锰为前驱体合成了发射波长在750nm处的红光荧光碳点Mn-CDs，其具有高的单线态氧的量子效率并成功应用于生物癌症治疗，但文章中并未提及Mn-CDs的荧光量子效率[Adv.Mater.2018,1706090]；安徽师范大学采用酞菁钴为前驱体制备的碳点的发射峰在400-500nm左右，该荧光碳点的发射峰FWHM在100nm左右[CN 107033886A]。中国科学院煤炭化学研究所以菠菜为前驱体制备的红光荧光碳点r-CDs在400-600nm和600-750nm分别各有一个发射峰[J.Mater.Chem.B,2017,5,7328]。然而现有技术中已经获得的碳点在发射带、发射峰半峰宽度方面仍存在一些不足。

因此，非常有必要寻找一种操作简单、绿色环保制备得到具有窄的荧光发射峰半峰宽的荧光碳点的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有窄的荧光发射峰半峰宽的荧光碳点的制备方法，该方法以特定的平面共轭大环类化合物为原料，经过简单、环保的溶剂热法可得到具有超窄荧光半峰宽的荧光碳点。

本发明的另一个目的在于提供一种由上述制备方法得到的荧光碳点，该荧光碳点具有窄的荧光发射峰半峰宽、长波长发射、发射波长不随激光波长变化而变化的特点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：