[发明专利]一种碳量子点溶液、温敏材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及温敏材料技术领域，尤其涉及一种碳量子点溶液、温敏材料及制备方法和应用。本发明提供的碳量子点溶液由五元杂环化合物吡唑或吡咯与亚氨基酸先制备得到低共熔溶剂再经水热反应得到碳量子点溶液。将此碳量子点溶液添加到由丙烯酰胺类物质、琼脂、交联剂、光引发剂和金属氧化物制得的温敏材料中，可使温敏材料随着温度变化而产生多种颜色以及多种状态的变化，且使温敏材料的温度指示范围变宽，灵敏度提高。本发明提供的这种温敏材料可用于监测活性炭吸附挥发性有机物(VOCs)过程中的温度变化规律。

技术领域

本发明涉及温敏材料技术领域，尤其涉及一种碳量子点溶液、温敏材料及制备方法和应用。

背景技术

温敏凝胶是一种可以根据温度变化产生相变的温敏材料，可以通过相变温度指示温度变化，但是这种相变只有液相和固相之间的变化，只能指示单个温度点，且响应速度慢，颜色变化单一，灵敏度低，在实际应用中具有一定的局限性，无法用于需要多个指示温度的场合或者领域，比如无法用于活性炭吸附VOCs处理过程中温度变化的监测。

碳量子点溶液作为21世纪的新型材料，因具有荧光特性而被广泛应用于生物医学和光电材料领域。有研究人员通过化学交联的方法将碳量子点溶液嵌入聚乙烯醇或聚丙烯酰胺基质中制得具有荧光特性的温敏凝胶，但仍然没有解决温敏凝胶在不同温度下颜色变化单一、温度指示范围狭窄、灵敏度低等问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种碳量子点溶液、温敏材料及制备方法和应用。将该碳量子点添加至温敏材料中成功增加温敏材料的颜色变化种类，扩大了温敏材料的温度指示范围，同时提高了温敏材料的灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种碳量子点溶液，由五元杂环化合物与亚氨基酸制备得到；所述五元杂环化合物选自吡唑或吡咯，所述亚氨基酸选自羟脯氨酸、DL-脯氨酸、L-脯氨酸、D-脯氨酸和芴甲氧羰基-L-脯氨酸中的至少一种。

本发明提供的碳量子点溶液，由低共熔溶剂经水热反应制备获得，所述低共熔溶剂由吡唑或吡咯形成的氢键供体和亚氨基酸形成的氢键受体组成，氢键供体和氢键受体之间以氢键作用连接，反应得到均一透明的低共熔溶剂。将由低共熔溶剂经水热反应制得的碳量子点溶液加入到温敏材料中可增加温敏材料的颜色变化种类，拓宽可指示的温度范围，扩大温敏材料的应用范围。

本发明实施例的第二方面，提供上述碳量子点溶液的制备方法，包括以下步骤：将所述五元杂环化合物与亚氨基酸按照1.5～2：1的摩尔比混合，升温至95～105℃并搅拌3.75～4.25h，两种物质之间发生氢键作用，反应生成均一透明的溶液，冷却，得低共熔溶剂；以水作溶剂，将所述低共熔溶剂于190～220℃下水热合成10～12h，离心、过滤、浓缩，得碳量子点溶液。

本发明提供的碳量子点溶液的制备方法，将五元杂环化合物吡唑或吡咯与亚氨基酸混合，两种物质之间产生氢键作用，反应得到均一透明的低共熔溶剂前驱体，将所得低共熔溶剂前驱体经水热法制备得到碳量子点溶液。在得到的低共熔溶剂中，吡唑或吡咯形成的阳离子周围存在多个活性区域，在这些活性区域中，亚氨基酸形成的阴离子与吡唑或吡咯形成的阳离子间能形成稳定的离子对结构，在亚氨基的存在下，吡唑或吡咯与亚氨基酸可以合成具有良好反应活性且表面富含亚氨基的碳量子点溶液。

结合第二方面，所述搅拌速率为50～70rpm。

结合第二方面，所述溶剂水与低共熔溶剂的质量比为23～27：1，优选为25：1。

结合第二方面，所述升温步骤的升温速率为3～5℃/min。

结合第二方面，所述浓缩为氮吹浓缩，浓缩至体积减少至少1/5。

本发明实施例的第三方面提供一种碳量子点溶液在制备温敏材料中的应用。