基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体、碳点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公了基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体、碳点及其制备方法和应用。其中基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体涉及4种：四苯基乙烯衍生物、四苯基吡嗪衍生物、氰基取代二苯基乙烯衍生物和二苯基蒽衍生物；制备碳点的方法包括：将碳点前驱体和有机溶剂混合并进行超声分散得到混合液，将混合液置于反应釜中进行溶剂热反应，之后对反应液进行加水稀释、二氯甲烷萃取、过柱层析和旋干，以便得到碳点。采用该碳点前驱体和/或碳点的制备方法制得的碳点荧光量子产率高、发光稳定，具有明显的聚集诱导发光性质，能有效解决碳点在高浓度以及固态下的自猝灭问题，可广泛用于细胞成像、发光显示、电子墨水、防伪等领域。防伪等领域。防伪等领域。

【技术实现步骤摘要】
基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体、碳点及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料领域，具体而言，涉及基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体、碳点及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳点(CDs)是一种近年来受到广泛关注的新型“零维”碳材料，通常呈直径小于10nm的类球状结构，具有独特的荧光性、光学稳定性、生物相容性等优点。与传统金属半导体量子点和有机染料相比，碳点既保持了优异的荧光性能，又克服了光稳定性差、毒性高、制备工艺复杂等缺点，因此，自2004年被首次报道以来迅速成为国内外的研究热点。CDs已被研究者认为是替代半导体量子点和有机染料的理想材料，在生物成像、疾病治疗、光电装置、催化、传感、油墨等多个领域具有广泛的应用前景。目前关于碳点的研究已经取得很大的进展，但仍然面临很多需要解决的问题，设计合成固态发光的碳点是当前研究人员关注的焦点之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体、碳点及其制备方法和应用。采用该碳点前驱体和/或碳点的制备方法制得的碳点荧光量子产率高、发光稳定，具有明显的聚集诱导发光性质，能有效解决碳点在高浓度以及固态下的自猝灭问题，可广泛用于细胞成像、发光显示、电子墨水、防伪等领域。
[0004]本申请主要是基于以下问题和发现提出的：
[0005]大部分文献报道的CDs仅在溶液态发光，而在高浓度以及固态下具有自猝灭的效果，这限制了CDs的实际应用。研究认为，CDs在高浓度以及固态下具有自猝灭的效果由直接的π
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π相互作用或荧光共振能量转移(FRET)导致的。为了实现碳点固态发光，大部分研究将碳点分散在固态基质，例如固态基质可以为聚合物、无机物和淀粉，这类属于物理方法，是增加了碳点粒子之间的距离，使得碳点均匀分散，避免了碳点的自猝灭。在这些情况下，分散基质就像溶剂一样充当介质来分散碳点，从它们的FT
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IR谱图中可以明显看出碳点表面有聚合物链的存在，例如目前有使用柠檬酸(CA)和N
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(β
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氨乙基)
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γ
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氨丙基三甲氧基硅烷(KH
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792)获得有机硅烷官能化的碳点(Si
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CDs)，固态的Si
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CDs的量子产率(QY)是溶液态的2.5倍，表明其具有强烈的固态发光现象，其FT
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IR谱图表明Si
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CDs表面有机硅烷的功能化，由于KH
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792长链具有显著的空间位阻，所制备的Si
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CDs之间维持适当的间隔，削弱了聚集作用并降低了π
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π相互作用。此外，还有使用空间受限的真空加热合成产生高发光碳点的方法，在CaCl2存在下，柠檬酸和尿素的混合物在真空加热下形成膨胀的泡沫，通过在泡沫壁的狭窄超薄空间中进行的脱水和碳化过程，将其转变为均匀尺寸的碳点，碳点表面的官能团(含O和N基团)和均匀的尺寸可防止聚集体中碳核的sp2域的π
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π堆积，从而避免聚集诱导
猝灭(ACQ)。然而，上述两种方法并未有效解决现阶段CDs在高浓度以及固态下具有自猝灭的现象，CDs在高浓度下仍然存在自猝灭或发光不稳定的问题。
[0006]为此，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体。根据本专利技术的实施例，该碳点前驱体为四苯基乙烯衍生物，所述苯基乙烯衍生物为式(I)所示的化合物和/或(I)所示化合物的立体异构体，
[0007][0008]其中，式(I)中，R1、R2、R3和R4可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。
[0009]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了再一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体。根据本专利技术的实施例，该碳点前驱体为四苯基吡嗪衍生物，所述四苯基吡嗪衍生物为式(II)所示的化合物和/或(II)所示化合物的立体异构体，
[0010][0011]其中，式(II)中，R1、R2、R3和R4可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。
[0012]根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了又一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体。根据本专利技术的实施例，该碳点前驱体为氰基取代二苯基乙烯衍生物，所述氰基取代二苯基乙烯衍生物为式(III)所示的化合物和/或(III)所示化合物的立体异构体，
[0013][0014]其中，式(III)中，R1和R2可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。
[0015]根据本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了又一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体。根据本专利技术的实施例，该碳点前驱体为二苯基蒽衍生物，所述二苯基蒽衍生物为式(IV)所示的化合物和/或(IV)所示化合物的立体异构体，
[0016][0017]其中，式(IV)中，R1和R2可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。
[0018]本专利技术上述四种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体具有以下优点：专利技术人发现，相对于现有碳点前驱体材料，上述四种碳点前驱体，即四苯基乙烯衍生物、四苯基吡嗪衍生物、氰基取代二苯基乙烯衍生物和二苯基蒽衍生物，均具有“螺旋桨”构型，例如式(I)或式(II)所示的化合物中心结构被四个外围的苯环转子(苯环)包围，式(III)或式(IV)所示的化合物中心结构被两个外围的苯环转子(苯环)包围，在溶液态下，外围结构的苯环可以通过单键围绕双键或中心结构自由旋转，该过程以非辐射跃迁消耗激发态的能量，导致了荧光的减弱或猝灭；而在形成聚集体时，上述碳点前驱体的“螺旋桨”构型可以防止π
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π堆积从而抑制荧光猝灭，同时，由于空间限制，上述碳点前驱体的分子内旋转受到抑制，激发态的能量以辐射跃迁方式消耗，从而增强了荧光。基于上述发现，专利技术人做了大量实验并验证，采用上述四种碳点前驱体中的至少之一制备碳点时，可以使碳点保留上述“螺旋桨”构型，在聚集态或固态下，碳点的“螺旋桨”构型不仅可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体，其特征在于，所述碳点前驱体为四苯基乙烯衍生物，所述苯基乙烯衍生物为式(I)所示的化合物和/或(I)所示化合物的立体异构体，式(I)中，R1、R2、R3和R4可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。2.一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体，其特征在于，所述碳点前驱体为四苯基吡嗪衍生物，所述四苯基吡嗪衍生物为式(II)所示的化合物和/或(II)所示化合物的立体异构体，式(II)中，R1、R2、R3和R4可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。3.一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体，其特征在于，所述碳点前驱体为氰基取代二苯基乙烯衍生物，所述氰基取代二苯基乙烯衍生物为式(III)所示的化合物和/或(III)所示化合物的立体异构体，式(III)中，R1和R2可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。4.一种基于聚集诱导发光效应的碳点前驱体，其特征在于，所述碳点前驱体为二苯基蒽衍生物，所述二苯基蒽衍生物为式(IV)所示的化合物和/或(IV)所示化合物的立体异构
体，式(IV)中，R1和R2可以分别独立地为氢、氨基、羟基、羧基、氰基、氟、氯、溴、碘、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、氨基取代的C1‑6烷基、氨基取代的C1‑6烷氧基、羟基取代的C1‑6烷基、羟基取代的C1‑6烷氧基、羧基取代的C1‑6烷基或羧基取代的C1‑6烷氧基。5.一种制备具有聚集诱导发光特性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王二静，谢叔媚，徐香君，葛圣，王世敏，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：