一种双发射荧光纳米材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了基于单发射硅烷化碳点构建得到双发射荧光纳米材料以及所述双发射荧光纳米材料的相关应用。本发明专利技术通过简易快捷的研磨操作，无需复杂的后处理，即可一步快速获得双发射材料，原料简单易得，价格低廉，反应条件温和，且打破了构建双发射需要以两种发射材料或者一种材料具有两种发射中心的常规。制备得到的双发射材料稳定性好，不潮解，具有优良的双发射性能。所述双发射荧光纳米材料可以应用于气体传感，光电器件的组装实现照明及农用等领域。

Double emission fluorescent nano material and application thereof

The invention discloses a double emission fluorescent nano material based on a single emission carbon dioxide point, and the related application of the double emission fluorescent nano material. The present invention by grinding operation simple, no complicated postprocessing step, can quickly obtain double emission materials, easily obtained raw materials, low cost, mild reaction conditions, and broke the two need to construct dual emission emission material or a material with two conventional launch center. Dual emission stability of material prepared, not deliquescence, has dual emission with excellent performance. The double emission fluorescent nano material can be applied to gas sensing, assembly of photoelectric devices, realization of lighting and agricultural fields.

【技术实现步骤摘要】
一种双发射荧光纳米材料及其应用
本专利技术属于荧光纳米材料
，具体涉及一种双发射荧光纳米材料及其在气体传感等方面的应用。
技术介绍
荧光碳纳米材料具有较好的荧光性能与生物相容性，在光电器件的组装、细胞成像、药物传输、生物传感以及疾病诊断等领域具有良好的应用前景。作为荧光碳纳米材料之一的碳点因其独特的光学性质和环境友好性，从而受到人们的广泛关注。但碳量子点目前存在荧光量子产率较低、后处理技术比较复杂、产量较少等；其发光机理尚不明确，大多数研究者认为是缺陷导致的发光，但具体是何种缺陷还有待于进一步研究。导致对于单一碳点的制备显得尤为棘手，通过掺杂等手段可以很好将碳点组装到不同基质中，例如淀粉，二氧化硅，二氧化钛等，以实现更多性能与应用的研究。一方面碳点的荧光均是呈现在水溶液中，粘稠态(聚集态)下的碳点几乎没有荧光，这是由于严重的自猝灭所引起的。对于聚集态下的碳点仍具有荧光性质的机理解释显得尤为重要。并且绝大多数报道为短波长(蓝色，绿色)的荧光，储存碳点的长波长(橙色，红色)荧光显得尤为重要。目前双发射荧光纳米材料的构建均是通过两种荧光材料在相应基质中进行复合，例如将红光发射碳点与蓝光发射碳点以淀粉为媒介组装成红光与蓝光发射的荧光材料。或是通过一种荧光材料具有两种发射中心进行组装，例如含有稀土离子的材料可以利用其本身具备的数个发射中心构建双发射，由于稀土离子价格昂贵，所以对于构建双发射材料，此种构建方法并不受到研究者们的青睐。对于只有一种发射中心的碳点构建双发射，至今还没有文献报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种固态红色硅烷化碳点及其制备方法与应用，所述方法为回流法。本专利技术通过简易快捷的回流反应，无需后续强酸或表面钝化剂的处理，即可一步快速获得固态碳点，原料简单易得，价格低廉，反应条件温和。解决了现有固态红色碳点因制备工艺和原料的限制而无法规模化生产的问题，制备得到的碳点稳定性好(如图10、11)，不潮解，粒子大小均匀(如图3所示)，荧光效果显著，所述碳点不具备典型的荧光激发依赖性质(如图8所示)，不同于绝大多数文献所报道的具有的激发依赖性质的碳点。本专利技术提供一种聚集态碳点的荧光机理解释。所述机理主要涉及能量传递(RET)以及所述碳点巨大的空间网络结构的探讨。本专利技术还提供了基于本专利技术所述单发射碳点构建双发射荧光材料的方法。本专利技术的双发射构建方法操作工艺简单、快捷、原料廉价易得、环境友好。本专利技术还提供了上述构建双发射方法的理论讨论。有效构建双发射荧光材料的机理主要涉及碳点在基质中良好的分散性以及碳点表面固有的官能团。本专利技术还公开了通过本专利技术所述方法复合而成的双发射荧光纳米材料，主要为本专利技术所述碳点与淀粉(starch)、羧甲基羧甲基纤维素钠(RnOCH3COONa)、氧化铝(Al2O3)的复合材料，以及所述复合材料在LED器件组装及气体传感方面的应用。一方面，本专利技术提供了一种新型固态红色碳点的制备方法。本专利技术的制备方法操作工艺简单、快捷、原料廉价易得、产物稳定性好。本专利技术提供的本专利技术所述碳点的制备方法，所述方法对于碳点的制备过程简单，后处理容易，粒子大小均匀(如图3所示)，稳定性好(如图10、11)，荧光效果显著，所述碳点不具备典型的荧光激发依赖性质(如图8所示)，激发改变，发射峰位不变，其不同于绝大多数文献所报道的具有的激发依赖性质的碳点。一方面，本专利技术涉及一种固态红色硅烷化碳点的制备方法，其中，所述方法为回流法，包括以下步骤：将柠檬酸溶解于丙酮中得到混匀的溶液，然后将所述混匀的溶液加至硅烷偶联剂中，加热反应，得到粘稠态的碳点，再将所得粘稠态的碳点放置于烘箱中烘干得到固态碳点。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，将所得粘稠态的碳点放置于60℃烘箱中24h得到固态碳点。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，所述加热反应是在150-240℃下进行的。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，所述加热反应的反应时间为5-60min。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，所述的柠檬酸、丙酮和硅烷偶联剂的用量比为1g:5mL:10mL。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，所述硅烷偶联剂包括含有2-3个烷氧硅基的氨基硅烷偶联剂、亚氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和巯基硅烷偶联剂中的至少一种。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，所述硅烷偶联剂包括N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基二甲氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基-三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和3-疏醇基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。在一些实施方案，本专利技术所述的方法，其中，所述硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基二甲氧基硅烷。另一方面，本专利技术涉及一种本专利技术所述的方法制备得到的固态红色硅烷化碳点，其中所述碳点粒径在5-7nm，其透射电镜图基本上如图3所示。在一些实施方案，本专利技术所述的碳点具有一定程度的石墨化结构，其高分辨透射电镜图基本上如图4所示。在一些实施方案，本专利技术所述的碳点含有Si元素，且C元素含量达到约63.42％，其XPS谱图基本上如图5所示。在一些实施方案，本专利技术所述的碳点的XRD谱图基本上如图6所示。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：硅烷化红色固态碳点，包括最优制备条件和后处理方法。本专利技术所述固态红色硅烷化碳点的制备方法，包括以下步骤：所述碳点的制备方法为回流法，包括以下步骤：(1)将柠檬酸溶解于丙酮中，超声分散使其完全溶解，得到溶液；(2)将上述步骤(1)中得到的溶液加入到硅烷偶联剂中，进行回流反应得到流动粘稠态的红色碳点；(3)将步骤(2)中得到的流动粘稠态碳点置于60摄氏度烘箱中静置24小时，得到固态红色碳点；所述的柠檬酸、丙酮和硅烷偶联剂的用量比为1g:5mL:10mL。所述的回流反应优选为在150-240℃下反应5-60min，更优选为在150℃下回流5min。本专利技术中所述的硅烷偶联剂包括但不限于含有2-3个烷氧硅基的氨基硅烷偶联剂、亚氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和巯基硅烷偶联剂中的至少一种，如N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基二甲氧基硅烷(AEAPMS)，N-氨乙基-γ-氨丙基-三甲氧基硅烷(AEATMS)，3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，甲基三乙氧基硅烷(METS)，3-疏醇基丙基三甲氧基硅烷(MPTES)等。更优选为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基二甲氧基硅烷(AEAPMS)。(4)步骤(3)得到的碳点稳定性好，在紫外光下可以发出明亮的红光，可与多种物质进行复合，得到性能优异的复合材料。另一方面，本专利技术涉及一种双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与一种或多种基质复合从而形成的复合物，所述碳点具有如下特征：1)所述碳点粒径在5-7nm，其透射电镜图基本上如图3所示；2)所述碳点含有Si元素，且C元素含量达到约63.42％，其XPS谱图基本上如图5所示；3)所述碳点的XRD谱图基本上如图6所示。在一些实施方案，本专利技术所述的双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与一种或多种基质进行充分研磨后复合而成。在一些实施方案，本专利技术所述的双发射荧光纳米材料，其中，所述基质包括淀粉、羧甲基纤维素钠、氧化铝或其组合。在一些实施方案，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与一种或多种基质复合从而形成的复合物，所述碳点具有如下特征：1)所述碳点粒径在5‑7nm，其透射电镜图基本上如图3所示；2)所述碳点含有Si元素，且C元素含量达到约63.42％，其XPS谱图基本上如图5所示；3)所述碳点的XRD谱图基本上如图6所示。

【技术特征摘要】
1.一种双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与一种或多种基质复合从而形成的复合物，所述碳点具有如下特征：1)所述碳点粒径在5-7nm，其透射电镜图基本上如图3所示；2)所述碳点含有Si元素，且C元素含量达到约63.42％，其XPS谱图基本上如图5所示；3)所述碳点的XRD谱图基本上如图6所示。2.根据权利要求1所述的双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与一种或多种基质进行充分研磨后复合而成。3.根据权利要求1或2所述的双发射荧光纳米材料，其中，所述基质包括淀粉、羧甲基纤维素钠、氧化铝或其组合。4.根据权利要求1或2所述的双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与淀粉复合而成的复合物CDs/淀粉，其XRD谱图基本上如图15(c)所示。5.根据权利要求1或2所述的双发射荧光纳米材料，其中，所述纳米材料是由固态红色硅烷化碳点与羧甲基纤维素钠复合而成的复合物CDs/RnOCH3COONa，其XRD谱图基本...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘应亮，何江玲，雷炳富，肖勇，庄健乐，张浩然，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44