[发明专利]一种疏水性白光碳点及其制备方法

说明书

本发明公开了一种疏水性白光碳点及其制备方法，是以邻苯二胺和1,2,4‑苯三甲酸为原料，在溶剂乙醇中180～220℃进行溶剂热反应，制备得到具有疏水特性且能够发射白色荧光的碳点。本发明疏水性白光碳点制备方法简单，利用其疏水特性可以快速获得固体粉末，简化了固体产物的获取过程。本发明疏水性白光碳点可以作为荧光转换层材料，用于制备得到性能优异的白光LED器件。

技术领域

本发明属于纳米碳发光材料技术领域，涉及一种能够发射白光的碳点，特别是一种具有疏水特性的白光碳点。

背景技术

发光二极管（LED）因具有功耗低、使用寿命长、尺寸小和响应速度快等优势，成为目前最常用的照明光源。现阶段用作LED照明器件的荧光材料主要包括有稀土、半导体和碳基纳米材料（Angewandte Chemie., 2015, 127(18): 5450-5453.）。

其中，稀土和半导体荧光材料的合成工艺较为成熟，在固态照明器件中展现出了稳定且优异的荧光性能（Modern Physics Letters B, 2020, 34(21): 2050222.）。然而，稀土资源不可再生，半导体荧光材料中的重金属元素又具有毒性，这就限制了它们在照明器件中的应用（Journal of Materials Science, 2012, 48(6): 2352-2357.）。

相比之下，碳基纳米材料具有来源广泛且毒性低的优势，特别是其中被广泛关注的一类荧光材料——碳点（CDs），更是表现出了优异的光学性能和稳定性（ScienceBulletin, 2020, doi: http://doi.org/10.1016/j.scib. 2020.12.015.），使其作为荧光转换材料，在照明领域极具应用前景。

在LED等照明器件中应用碳点时，激发方式会直接影响器件的照明性能。利用蓝光芯片激发黄光碳点可以实现白光发射，但随着器件的老化，存在蓝光泄露的风险，可能对人眼造成伤害（Journal of Alloys and Compounds, 2018, 764: 17-23.）。相比之下，利用紫外芯片激发白光碳点实现白光发射的方式，不仅可以避免蓝光泄露，而且其显色指数更高，可以满足不同应用场景的照明需求（RSC Advances, 2018, 8(8): 4006-4013.）。

目前的白光碳点通常采用互补色碳点共混的方式实现，即将蓝色和黄色碳点，或者是红绿蓝三色碳点按照一定的质量比混合（Advanced Materials, 2018, 30(1):1704740.），这一过程需要大量的实验尝试并进行相关的LED器件测试，最终才能确定碳点混合的最优比例，过程复杂且不利于工业化。

另外，也有研究者以乙醇为碳源，硫酸为氧化剂，通过一步溶剂热反应直接合成了白光碳点（Nano Research, 2021: 1-8.）。该白光碳点可在365nm波长激发下实现白色荧光，通过进一步纯化，可分离出蓝色、青色和橙色荧光碳点。由于缺少红色荧光成分，所以该白光碳点最终仅得到了显色指数为87.8的LED器件。

除了合成具有多个荧光发射中心的白光碳点外，Li等（Nanoscale horizons,2020, 5(6): 928-933.）选用1,4-二氨基萘为碳源，CHCl₃作为Cl元素掺杂剂，合成了具有单一荧光发射中心的白光碳点。但受限于单一发光中心窄的荧光发射波长范围，将该白光碳点应用于LED器件时，仅得到了显色指数为70.6的白光。

因此，白光碳点荧光发射中心的不可控合成是造成目前LED器件显色指数不高的主要原因，需要寻找合适的原料和方法，实现白光碳点的可控制备，提高相应的LED器件的发光性能。

另外，由于目前制备的白光碳点表面含有大量的含氮、氧元素官能团，使得其具有较好的亲水性，暴露在空气中会吸收空气中的水分而影响其荧光性能。所以，疏水性白光碳点的制备，将更有助于提高碳点的存储能力及其LED器件的发光寿命。

发明内容