[发明专利]三发射碳点和固体室温磷光材料及其合成方法

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及三发射碳点和固体室温磷光材料及其合成方法。本发明要解决的技术问题是提供一种多发射碳点。本发明以N，N‑二甲基甲酰胺(DMF)和超纯水为溶剂，以α‑吡啶偶氮‑β‑萘酚(PAN)、三(2,2′‑联吡啶)钌(II)氯化钌(Ru‑bpy)为碳源；将溶剂、氢氧化钠溶液和碳源混合；在170～220℃反应5～9h；反应后溶液冷却、离心；上清液过滤、干燥得到三发射碳点，沉淀经洗涤、干燥得到固体室温磷光材料。该碳点的发光性质具有浓度依赖性，高浓度下表现出从蓝光到红光的三色发射带几乎覆盖了整个可见光谱，可用于构建白光发光器件；低浓度下可用于桑色素测定。该固体室温磷光材料可作为光学防伪材料。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及三发射碳点和固体室温磷光材料及其合成方法。

背景技术

自徐等人^[1]在2004年从碳纳米管中发现了碳点以来，由于其低毒性、光学稳定性、生物相容性和丰富的前体来源^[2-5]，碳点被广泛应用于生物成像、癌症诊断与治疗、光催化、环境科学等领域^[6-9]。多发射碳点(M-CDs)因其在生物成像、传感和照明等方面的巨大应用潜力而备受研究者的关注。但是，M-CDs的合成及其发光机理仍有待进一步的研究。近年来，许多研究者致力于开发激发范围宽、量子产率高、具有双发射或多发射的碳点^[10-11]。然而，与单发射碳点的合成相比，多发射碳点的合成具有很大的挑战性。尽管改变激发波长可以得到多种颜色的发射^[12-13]，但在同一激发下出现多个发射峰是相对罕见的。

与传统报道的CdSe量子点不同，碳点几乎不受量子限制效应的影响^[14]，因此很难合成具有可调谐荧光和长波长发射的碳点。碳点的发光机理主要与其带隙相关，其带隙主要有结构缺陷^[15]、表面态^[16]、分子态^[17]和碳核发光^[18]四种。Song等人^[19]，得到的双发射碳点，认为蓝色发射峰是sp²的石墨结构和sp³的缺陷所致。掺杂杂原子可以引入更多的能带隙^[20]，碳点多发射的起源可能与粒径效应或通过溶剂调节的表面态修饰有关^[21-22]。Chen等人^[12]，报道的碳点在DMF中有多个发射中心，DMF作为极性非质子溶剂阻止了氧相关态中非辐射复合的形成。此外，表面态是由表面和内部的电子分布差异造成的^[23]，依赖于距离的分子间相互作用也会影响表面电子分布，电子的辐射复合将转化为两个或多个中心^[24]。Mu等人^[25]，已经证明，高浓度下碳点的红移主要是由于分子间作用力的影响，碳点之间的距离缩短，有利于能量转移。碳点的多发射中心的研究还有待进一步探索。

室温磷光材料(RTP)因其长寿命被广泛应用于光电器件^[26]、传感器^[27]和数据防伪^[28]等领域。然而，由于体系间交叉的自旋禁阻以及分子内振动和旋转导致的非辐射失活，RTP材料的制备仍然面临挑战。到目前为止，一些传统的有效制备RTP材料的方法是加入重金属、卤素键、羰基键、硅氧基或C-N/C＝N键等^[29-30]。然而，由于纯有机分子的低自旋轨道耦合导致其磷光较弱，许多新方法通过将发光复合物嵌入适当的基体中并结晶^[31]来获得高效的RTP材料^[32]。碳点作为一种低毒高效的发光材料，在发光上具有独特的优势。但是关于碳点的磷光却鲜有报道。此外，由于碳点的聚集诱导猝灭，碳点很难显示固体荧光或固体磷光。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多发射碳点。

本发明的技术方案是一种三发射碳点，以α-吡啶偶氮-β-萘酚(PAN)、三(2,2′-联吡啶)钌(II)氯化钌(Ru-bpy)为碳源制备得到。