[发明专利]一种基于碳纳米管的室温磷光材料的制备方法

说明书

本发明公开一种基于碳纳米管室温磷光材料的制备方法，该方法以羧基化单壁碳纳米管为主体，硼酸和尿素为分散基质前体，碳纳米管嵌入基质中，碳纳米管与基质在界面处形成氢键和共价键，进行微波反应，制备一种纳米管基室温磷光材料，该材料具有以下特点：1)将分散的羧基化的单壁碳纳米管嵌入基质中，首次实现了碳纳米管基的室温鳞光；2)羧基化单壁碳纳米管与基质在其界面处形成的氢键和共价键是实现磷光的重要因素；3)寿命达到476.6ms，且肉眼余辉超过4.0s；4)一步反应合成材料，原料廉价，操作简单，且无副产物，产率接近100％。

技术领域

本发明涉及低维碳纳米室温磷光技术领域，具体涉及一种碳纳米管基室温磷光材料的制备方法。

背景技术

室温磷光材料凭借其迷人的光学特性在信息安全、光电子和生物化学中的广泛应用而受到越来越多的关注。低维碳材料是一类材料的统称，由于其独特的几何形状、可调结构、良好的生物相容性、环境友好性以及出色的光学和电子性能，使之成为室温磷光材料领域不容忽视的重要组成部分。其中，单壁碳纳米管的光学特性因其广泛的应用前景而备受关注。到目前为止，已经开发了一些通过分散和功能化实现碳纳米管的光致发光的策略。最常见的技术之一是在水悬浮液中用表面活性剂对纳米管进行超声处理，表面活性剂分子吸附到分散的单壁碳纳米管的侧壁上会产生静电或空间稳定的水分散体，可以通过这种液相方法对碳纳米管进行纯化和分离；此外还有通过在沸石通道中生长单根碳纳米管的方法，观察到了光致发光。

虽然上述研究促进了碳纳米管光学特性的发展，但是其发光寿命较短(纳秒级)，限制了碳纳米管光学性质的发展及应用。因此，发展一种具有长寿命的碳纳米管基室温磷光材料具有突破性的意义。目前关于低维碳纳米室温磷光材料的研究有很多，主要集中在碳量子点和石墨烯的室温磷光研究。总结已报道的文献，实现低维碳纳米室温磷光材料最突出的挑战是三重态激子缺乏和非辐射失活。他们采取的策略如下：一方面，引入具有空的p轨道杂原子(例如，N，P，F和B)，缩小三重态和单重态之间的能级差，从而有效地填充三重态激子；另一方面，通过固定作用(形成氢键、共价键，嵌入基质等)限制非辐射跃迁的速率，抑制非辐射跃迁过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管基室温磷光材料的制备方法，以羧基化单壁碳纳米管为主体，借助氢键和共价键的协同固定作用，获得纳米管基室温磷光材料。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

1.一种碳纳米管基室温磷光材料的制备方法，以羧基化的单壁碳纳米管为主体，硼酸和尿素为分散基质前体，具体步骤如下：

1)制备碳纳米管的水相分散液。将碳纳米管分散于盛有去离子水的样品瓶中超声处理，静置得到上层均匀的碳纳米管分散液，备用。

2)反应液的准备与处理。在干净的100ml的小烧杯里加入去离子水、硼酸、尿素以及步骤1)中均匀的碳纳米管分散液，超声3-5min。

3)将盛有步骤2)反应液的小烧杯置于微波炉中进行微波反应，碳纳米管嵌入基质中，碳纳米管与基质在界面处形成氢键和共价键，得到灰白色固体粉末。

4)反应完成后，趁热用药匙刮取步骤3)中产物，并快速转移至干燥的样品瓶里，密封保存。

2.进一步的技术方案，所述的步骤1)中的碳纳米管为含有缺陷的羧基化单壁碳纳米管。

3.进一步的技术方案，所述的步骤1)中超声时间为2h，静置3min。

4.进一步的技术方案，所述的步骤2)中硼酸和尿素的质量比约为1∶2，去离子水的量足够溶解硼酸和尿素。

5.进一步的技术方案，所述的步骤3)中微波反应的条件为：挡位为高火，反应时间为10min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：