一种黄色荧光碳量子点的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种荧光纳米材料的制备方法，尤其涉及一种黄色荧光碳量子点的制备方法。
【背景技术】
[0002]2004年，Xu等人利用电弧放电法提纯单壁碳纳米管时，偶然发现了一种碳纳米材料，这种材料具有非常独特的荧光性能。Sun等人于2006年将这类具有荧光的碳纳米颗粒命名为“碳量子点”。在近几年中，碳量子点得到了快速进展。作为一种新型的量子点，它主要包含的元素为C，H和0，不含任何重金属元素，因此表现出优异的生物相容性和环境友好性。除此之外，它还具有独特的荧光、光稳定性、化学惰性、低毒性等特点。基于碳量子点这些优异的特性，其广泛应用于生物成像、传感、光电设备和编码等技术领域中。到目前为止，不同种类的碳量子点已经成功从石墨、多壁碳纳米管、活性炭、石墨烯、炭黑、自然植物和分子前驱体等碳源中获得。制备碳量子点的方法也多种多样，包括激光剥离法、电化学合成法、热处理法、微波合成法和等离子体合成法等。
[0003]目前，大多数制备的碳量子点在紫外光下只能发射出单调的蓝色荧光，虽然非蓝色焚光的碳量子点已有报道:1.Mao L H,Tang ff Q1Deng Z Y,et al.Facile access towhite fluorescent carbon dots toward light-emitting devices[J].1ndustrial&Engineering Chemistry Research，2014，53(15):6417-6425.2.Li H,He X1Kang Z,etal.Water-Soluble Fluorescent Carbon Quantum Dots and Photocatalyst Design[J].Angewandte Chemie Internat1nal Edit1n,2010,49(26):4430-4434.但是量子产率普遍较低，因此，制备较高量子产率的非蓝色荧光碳量子点仍是一个挑战。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种快速简便，适合大规模生产较高量子产率的黄色荧光碳量子点的制备方法，此碳量子点具有较强的黄色荧光和较高的荧光量子产率，稳定性好。
[0005]本发明的技术方案为:一种黄色荧光碳量子点的制备方法，其具体步骤如下:
[0006]a.将碳源、尿素、纳米Fe3O4置于玻璃容器中，搅拌均匀；
[0007]b.将玻璃容器置于磁感应线圈中，升温后恒温反应一定时间；
[0008]c.反应结束后停止加热，冷却，取出容器内固体；
[0009]d.将取出的固体加水溶解，用磁铁将纳米Fe3O4吸出，上清液旋蒸或烘干得固体粉末即黄色焚光碳量子点。
[0010]优选步骤a中所述的碳源为柠檬酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸锌、柠檬酸铵、柠檬酸镁或柠檬酸钙。优选步骤a中碳源、尿素、纳米Fe3O4的质量比为:1:(1?5):(0.20?1.20)。
[0011]优选步骤b中恒温反应温度为:180 °C?300 0C ;恒温反应时间为:2?20分钟。
[0012]优选本发明所制备的黄色荧光碳量子点的荧光发射主峰在530?550nm，量子产率在20?40%之间。
[0013]有益效果:
[0014]1.本发明简单易行，原料价格低廉，纳米Fe3O4可循环利用，具有工业应用前景。
[0015]2.本发明整个制备过程反应条件温和，反应时间短。
[0016]3.本发明制备的黄色荧光碳量子点性能稳定，且量子产率较高。
[0017]4.本发明制备的黄色荧光碳量子点经丝网印刷所制备的二维码图案在紫外灯照射可以发出黄色荧光，进而可以应用于标记和防伪领域。
[0018]5.本发明制备的黄色荧光碳量子点还可以用于LED照明领域，传感等领域。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1制备的碳量子点样品的外观图照片；
[0020]图2为实施例1制备的碳量子点样品的荧光发射光谱(激发波长:460nm);
[0021]图3为实施例1制备的碳量子点样品的荧光寿命谱图；
[0022]图4为实施例1制备的碳量子点样品的XRD谱图；
[0023]图5为实施例1制备的碳量子点样品的TEM图，其中:a为标尺50nm，b为标尺2nm;
[0024]图6为实施例1制备的碳量子点样品紫外稳定性测试；
[0025]图7为实施例1制备的碳量子点样品25°C稳定性测试；
[0026]图8为实施例1经丝网印刷所得的图案在日光(a)、紫外光(b)下的照片。
【具体实施方式】
[0027]下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]I碳量子点的制备
[°03°]取1g梓檬酸钾，1g尿素，2g纳米Fe304，放于玻璃容器中，搅拌均勾。将容器置于磁感应线圈中，180 °C温度下反应2min。反应结束后，取出的固体加水溶解，用磁铁将纳米Fe3O4吸出，上清液烘干得固体粉末即碳量子点粉末(如图1所示)。经荧光光谱仪测定主峰在550nm(如图2所示)，半峰宽为120nm左右。通过荧光共聚焦显微镜可以计算出其荧光寿命为4.0Ons(如图3所示)。以罗丹明6G的乙醇溶液为标准，算出碳量子点的量子产率为39.6%。经X射线衍射仪测定，其谱图(如图3所示)显示出在2Θ = 24°处有一个很宽的(002)峰，证明了黄光碳量子点的无定型结构。通过拍摄透射电子显微镜(如图5a，5b所示，标尺分别为:50nm，2nm)可以看出，碳量子点的尺寸均一，分散较好。根据其尺寸分布图，我们得到碳量子点的平均直径为3.lnm。将得到的黄光碳量子点经紫外光照射1h(如图6所示)或放置3个月(如图7所示)，其荧光变化很小，证明其有很好的稳定性。
[0031]2丝网印刷
[0032]取上述制备的碳量子点Img，聚乙稀卩比略烧酮Ig，超声溶于6ml水中。利用丝网印刷工具在滤纸上印刷二维码图案，将印有图案的滤纸在日光下(如图8a所示)和紫外光下(如图Sb所示)观察并拍照，从图中可以看出，黄色荧光二维码图案清晰可见。
[0033]实施例2
[0034]I碳量子点的制备
[0035]取Ig柠檬酸钠，2g尿素，0.36g纳米Fe304，放于玻璃容器中，搅拌均匀。将容器置于磁感应线圈中，200 0C温度下反应5min。反应结束后，取出的固体加水溶解，用磁铁将纳米Fe3O4吸出，上清液旋蒸得固体粉末即碳量子点粉末。经荧光光谱仪测定主峰在545nm，半峰宽为IlOnm左右。通过荧光共聚焦显微镜可以计算出其荧光寿命为4.20ns。以罗丹明6G的乙醇溶液为标准，算出碳量子点的量子产率为30.8%。经X射线衍射仪测定，其谱图显示出在2θ = 25°处有一个很宽的(002)峰，证明了黄光碳量子点的无定型结构。通过透射电子显微镜可以看出，碳量子点的尺寸均一，并且分散较好。根据其尺寸分布图，我们得到碳量子点的平均直径为3.2nm。将得到的黄光碳量子点经紫外光照射1h或放置3个月，其荧光变化很小，证明其有很好的稳定性。
[0036]2丝网印刷
[0037]取上述制备的碳量子点Img，聚乙稀卩比略烧酮Ig，超声溶于6ml水中。利用丝网印刷工具在滤纸上印刷二维码图案