[发明专利]一种室温磷光寿命和波长可调节的碳化聚合物点、制备方法及其应用

说明书

一种室温磷光寿命和波长可调节的碳化聚合物点、制备方法及其在时间分辨的多级防伪和信息加密中的应用，属于发光碳纳米材料制备技术领域。首先是称取丙烯酰胺单体溶解在去离子水中，再向其中加入引发剂偶氮二异丁腈，交联剂甲叉基双丙烯酰胺，充分混合，搅拌均匀；将得到的混合溶液在150～300℃条件下水热加成聚合碳化反应2～12小时然后自然冷却到室温，随后对上述水溶液进行过滤、渗析除去杂质及多余的原料，最后浓缩、真空冻干制得具有室温磷光性质的碳化聚合物点固体粉末，其室温磷光发射寿命和波长随水热碳化温度变化而变化。制备的碳化聚合物点室温磷光发射寿命和波长可调，在防伪及信息加密领域有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于发光碳纳米材料制备技术领域，具体涉及一种室温磷光寿命和波长可调节的碳化聚合物点、制备方法及其在时间分辨的多级防伪和信息加密中的应用。

背景技术

室温磷光材料在生产和生活中具有广泛应用，由于其长寿命的发光特性，其在防伪、信息加密以及成像等领域显示出诱人的应用潜力。目前的室温磷光材料主要包括无机室温磷光材料(通常含过渡金属、稀土元素等)、有机金属配合物(通常含贵金属铱、铂等)，以及小分子或聚合物类有机室温磷光材料(通常含芳香基团或卤原子等)。这些室温磷光材料依然存在着价格昂贵、难以加工、合成困难、产率低、毒性高、环境不友好、发射难以调节等缺点。故开发和探索易于合成、环境友好、发射性质可调的室温磷光材料仍然是一项重要的挑战。但由于磷光的产生来自于电子的自旋禁阻跃迁，在室温环境中的水和氧气极易将其淬灭，故极难实现室温磷光发射。

最近，碳点的室温磷光由于其廉价易制备、稳定性好、发光性能优异、且环境友好等优点受到了人们的关注。然而其磷光性质的探索依然处于起步阶段，通常需要复合的策略实现其室温磷光发射。开发无需复合且高产的、磷光性能可调的碳点拥有重要的意义。碳化聚合物点作为一种尺寸通常小于15nm的碳点，拥有聚合物碳杂化结构的球状纳米粒子。其聚合物碳杂化结构既提供了分子态发射的室温磷光中心，又赋予了碳化聚合物点自基质、自保护的特性。这为室温磷光的实现提供了有利条件。因此，从碳化聚合物点体系出发，制备新型室温磷光材料，有望解决上述的科学挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有室温磷光发射寿命和波长可调的碳化聚合物点、制备方法及其在时间分辨的多级防伪和信息加密中的应用。该碳化聚合物点是由丙烯酰胺单体通过水热加成聚合碳化制备得到。

本发明结合了水热技术和加成聚合原理，采用一步水热加成聚合碳化策略得到碳化聚合物点水溶液，然后通过过滤、渗析除去杂质，进一步通过浓缩冻干得到超高产的室温磷光发射的碳化聚合物点。并通过调节水热碳化温度制备得到不同碳化程度的碳化聚合物点，同时实现了其室温磷光发射寿命和波长的调节。这种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、磷光寿命及波长难以调节等缺点，具有操作简单、产率高、成本低、环境友好、可批量生产的特点，且制备的产物室温磷光发射寿命和波长可调，在防伪及信息加密领域有巨大的应用潜力。

我们首先利用丙烯酰胺单体，通过水热加成聚合碳化的策略制备得到碳化聚合物点水溶液，然后通过过滤、渗析、冻干纯化得到超高产的具有室温磷光特性碳化聚合物点固体粉末，其步骤如下：

(1)称取丙烯酰胺单体200～2000mg溶解在10～50mL去离子水中，称取丙烯酰胺单体质量1～5％的偶氮二异丁腈作为引发剂和丙烯酰胺单体质量1～10％的甲叉基双丙烯酰胺作为交联剂加入到上述丙烯酰胺溶液中，充分搅拌分散，混合均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液转移到反应釜中，在150～300℃条件下水热反应2～12小时，然后自然冷却到室温，得到淡黄色的碳化聚合物点水溶液；

(3)将步骤(2)得到的碳化聚合物点水溶液进行过滤除去碳化过程中产生的大的杂质，渗析除去小分子杂质，浓缩除去部分水溶剂，冻干(-30℃～-10℃，压强0～10Pa)完全除去水溶剂，从而得到本发明所述的室温磷光寿命和波长可调节的碳化聚合物点粉末。