[发明专利]一种紫外线广谱吸收的碳量子点

说明书

本发明提供一种紫外线广谱吸收的碳量子点：碳量子点的表面接枝有一类基团和二类基团，一类基团中含有C＝O、C‑OH、C‑NH中的至少一种，二类基团具有呈共轭结构的含氮杂环。在本发明所提供的碳量子点表面所接枝的二类基团的共轭结构具有π电子，该π电子与碳点表面接枝的一类基团中的化学键，如C＝O、C‑OH、C‑NH等，产生共轭作用形成n‑π*，从而产生280–320nm的强UVB吸收。

技术领域

本发明属于紫外吸收材料领域，具体地，涉及一种紫外线广谱吸收的碳量子点。

背景技术

随着近代工业化以及城市化的高速发展，伴随而来的负面影响之一，如：大气臭氧层遭到破坏，以致太阳辐射到地面上的紫外线越来越强。紫外线辐射不仅会导致人体皮肤黝黑和红斑，更严重的是，它会引发黑色素瘤和DNA损伤，从而可能诱发皮肤癌。

紫外线吸收剂对抑制紫外线辐射非常有效。在防晒化妆品领域，有单功能吸收的吸收剂，如UVB或UVA吸收剂，及广谱化学紫外线吸收剂和纳米TiO2和ZnO等屏蔽剂。在聚合物中，紫外线吸收剂具有多样化，常见的由如二苯甲酮类、苯并三唑、三嗪类和水杨酸类等。在涂料中，加入紫外线吸收剂可以延缓溶剂型涂料含有的有机物的分解和黄化。然而，随着紫外线吸收剂对生物影响的研究逐渐深入，发现即使严格控制具有低毒性的吸收剂的添加量，但由于二苯甲酮和苯并三唑类吸收剂难以降解，随使用时间的延长会逐渐累积，最终引起潜在的巨大危害。防UV辐射的助剂存在潜在的毒性或UV屏蔽效率低等问题，其已无法满足当前人们对环保、安全等方面的要求。

量子点的诞生起源于上个世纪70年代中期，其研究与发展时至今日，各种量子点如雨后春笋般出现，取得了广泛的应用，并发展成为了一个崭新的学科。目前为止，已报道的量子点主要包括：半导体量子点、硅或碳或石墨烯量子点以及其他氧化物量子点。其中碳点，做为一种新兴的荧光纳米材料，由于它突出的性能特点，在近几年获得了许多研究学者的关注。它通常是指尺寸小于10nm的荧光碳纳米颗粒。相对于传统的有机染料和半导体量子点，碳点展现出突出的特点：简单的制备方法，可转换的荧光发射，无毒性，良好的光稳定性和生物相容性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紫外线广谱吸收的碳量子点，以获得安全、对紫外线具有高效吸收的紫外线吸收剂。

根据本发明的一个方面，提供一种紫外线广谱吸收的碳量子点：碳量子点的表面接枝有一类基团和二类基团，一类基团中含有C＝O、C-OH、C-NH中的至少一种，二类基团具有呈共轭结构的含氮杂环。

在本发明所提供的碳量子点表面所接枝的二类基团的共轭结构具有π电子，该π电子与碳点表面接枝的一类基团中的化学键，如C＝O、C-OH、C-NH等，产生共轭作用形成n-π*，从而产生280–320nm的强UVB吸收。

优选地，含氮杂环为咪唑环。若二类基团中的共轭结构为咪唑环结构，有利于拓宽碳量子点的紫外吸收范围，可实现紫外线的全吸收。

优选地，按照如下方法制备：以供碳原料和氨基多元杂不饱和环化合物作为原料，采用水热法一步合成碳量子点，其中，供碳原料包括有机酸、有机酸盐中的至少一种，氨基多元杂不饱和环化合物用于提供二类基团。

优选地，有机酸选自柠檬酸、苹果酸、硫代苹果酸、粘液酸、草酸、酒石酸中的至少一种，有机酸盐包括柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙、苹果酸二钠、草酸钠、酒石酸钠中的至少一种。

优选地，以柠檬酸钠作为供碳原料参与碳量子点的合成。

优选地，氨基多元杂不饱和环化合物选自氨基咪唑硫酸盐、氨基吡嗪、苯胺、3-氨基哒嗪、2-氨基嘧啶、3,4-二氨基噻吩二盐酸盐、4-氨基吲哚、4-氨基2-氯苯酚、邻苯二胺、N-氨乙基哌嗪、3-氨基吡咯、吡咯-2-甲酸、吡咯烷-3-甲酸盐酸盐中的至少一种。

优选地，以氨基咪唑硫酸盐作为氨基多元杂不饱和环化合物参与碳量子点的合成。