C3n4量子点室温磷光材料的合成方法及产品和应用
阅读说明：本技术 C3n4量子点室温磷光材料的合成方法及产品和应用 (C3N4Synthesis method, product and application of quantum dot room temperature phosphorescent material ) 是由 刘畅 陈久存 黄孝华 于 2020-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了C<Sub>3</Sub>N<Sub>4</Sub>量子点室温磷光材料的合成方法及产品和应用,合成方法是以尿素或其它类尿素小分子为原料,在高压反应釜中进行高温固相反应,制得的产品为灰白色粉末,具有固相荧光,同时在室温条件能持续发射3～6s的肉眼可见蓝绿色磷光；其制备方法简单,不含有害金属,是一种新型的室温磷光材料；在3D打印、防伪、装饰、成像等领域具有潜在的应用价值。(The invention discloses a 3 N 4 The synthesis method comprises the steps of taking urea or other urea micromolecules as raw materials, carrying out high-temperature solid-phase reaction in a high-pressure reaction kettle, and obtaining a product which is off-white powder and has solid-phase fluorescence and can continuously emit blue-green phosphorescence for 3-6 s under the room temperature condition; the preparation method is simple, does not contain harmful metal, and is a novel room temperature phosphorescent material; the method has potential application value in the fields of 3D printing, anti-counterfeiting, decoration, imaging and the like.)
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及C3N4量子点室温磷光材料的合成方法，还涉及由该方法制得的产品和应用。
背景技术
室温磷光材料，被广泛应用于有机电子学，光电器件，化学、生物检测等领域。传统的磷光材料大多是含稀土元素的无机材料，贵金属配合物和纯有机化合物。然而这些材料往往有着高成本，有细胞毒性，需要复杂的制备过程等缺点。另外，很多传统磷光材料磷光寿命只能达到微秒至几毫秒，如此短的衰减时间在很多持续发光的领域应用都受到了限制。
C3N4是一种典型的聚合物半导体，具有独特结构的石墨相氮化碳g-C3N4由于其良好的光催化性能，成为了目前研究的热点。相比于其他的光催化剂，它的优点十分突出：能够吸收可见光、热稳定性和化学稳定性良好，并且无毒、来源丰富、制备成型工艺也简单。其衍生产品——C3N4量子点作为一种新型荧光纳米材料因其优异的性质，简单的制备和修饰手段、良好的生物相容性受到了广泛的关注。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种C3N4量子点室温磷光材料的合成方法，以尿素等小分子前驱体为原料进行高温高压反应，直接制得具有室温磷光性质的C3N4量子点。本发明的目的之二在于提供由上述方法制得的C3N4量子点室温磷光材料，该C3N4量子点基磷光材料良好的生物相容性和磷光性能；本发明的目的之三在于提供所述C3N4量子点室温磷光材料在制备发光材料中的应用，用于3D打印、防伪、成像、装饰等领域。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
C3N4量子点室温磷光材料的合成方法，制备方法如下：以尿素或类尿素有机物为前驱体，通过高温固相合成法合成，冷却，收集粉状物为C3N4量子点室温磷光材料。
本发明中，所述高温固相合成法是在温度为250～300℃、压力为4～8MPa、转速为500～800rpm下反应2～3h。
本发明中，所述类尿素有机为双缩脲、羟基脲或硫脲。
本发明中，冷却后还包括纯化，所述纯化包括水洗除去未反应原料，酸洗除去碱性副产物，醇洗除去其它有机副产物。
本发明中，所述前驱体按每1ml反应容器加入0.2～0.4g前驱体。
2、由所述合成方法得到的C3N4量子点室温磷光材料，所述磷光材料最佳激发波长为380nm，磷光波长为420nm，磷光寿命为69.9ms。
本发明中，所述磷光材料于365nm紫外灯照射后，撤去光源能持续发射3～6s的肉眼可见蓝绿色磷光。
3、所述C3N4量子点室温磷光材料在制备发光材料中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种C3N4量子点室温磷光材料的合成方法，该方法通过以单一的尿素或类尿素前驱体为原料，在高压反应釜进行高温高压固相反应，随后利用水洗、酸洗、醇洗制备出灰白色磷光粉体，室温下能持续发射3～6s的肉眼可见蓝绿色磷光余辉。丰富了非金属室温磷光材料的合成方法，拓展了C3N4量子点的应用范围。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所提以尿素为原料的C3N4量子点室温磷光材料的照片。
图2为C3N4量子点室温磷光余辉现象。
图3为TEM测试结果，C3N4量子点的形貌特征。
图4为本发明所提C3N4量子点的荧光发射光谱。
图5为本发明所提C3N4量子点的荧光激发光谱。
图6为本发明所提C3N4量子点的室温磷光光谱。
图7为本发明所提C3N4量子点的室温磷光衰减光谱及拟合磷光寿命。
图8为在水溶剂中的紫外可见吸收光谱(Uv-vis)。
图9为傅里叶红外光谱(FT-IR)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
以尿素为反应物C3N4量子点室温磷光材料的合成，具体步骤如下：
(1)将20g尿素研磨成灰白色面粉状后转移至容积为50mL的反应釜石英玻璃制内胆；
(2)随后按正规流程将该内胆装入高温高压反应釜；
(3)设置反应温度为300℃，压力为8Mpa，时间为3h，搅拌子转速为500rpm；
(4)反应结束后，待反应釜程序恢复至常温常压，取出内胆刮取黄褐色粗产物；
(5)将粗产物超声分散于水溶液，随后以孔径为220nm的滤膜进行抽滤处理；
(6)再以稀盐酸和乙醇依次洗涤，中和产品并除去其它有机副产物；
(7)最后在鼓风干燥箱中70℃干燥过夜制得灰白色粉状成品。
实施例2
以羟基脲为反应物C3N4量子点室温磷光材料的合成，具体步骤如下：
(1)将10g羟基脲研磨成灰白色面粉状后转移至容积为50mL的反应釜石英玻璃制内胆；
(2)随后按正规流程将该内胆装入高温高压反应釜；
(3)设置反应温度为250℃，压力为4Mpa，时间为2h，搅拌子转速为800rpm；
(4)反应结束后，待反应釜程序恢复至常温常压，取出内胆刮取褐色粗产物；
(5)将粗产物超声分散于水溶液，随后以孔径为220nm的滤膜进行抽滤处理；
(6)再以稀盐酸和乙醇依次洗涤，中和产品并除去其它有机副产物；
(7)最后在鼓风干燥箱中70℃干燥过夜制得白色粉状成品。
实施例3
以双缩脲为反应物C3N4量子点室温磷光材料的合成，具体步骤如下：
(1)将15g双缩脲研磨成灰白色面粉状后转移至容积为50mL的反应釜石英玻璃制内胆；
(2)随后按正规流程将该内胆装入高温高压反应釜；
(3)设置反应温度为270℃，压力为5Mpa，时间为3h，搅拌子转速为500rpm；
(4)反应结束后，待反应釜程序恢复至常温常压，取出内胆刮取褐色粗产物；
(5)将粗产物超声分散于水溶液，随后以孔径为220nm的滤膜进行抽滤处理；
(6)再以稀盐酸和乙醇依次洗涤，中和产品并除去其它有机副产物；
(7)最后在鼓风干燥箱中70℃干燥过夜制得白色粉状成品。
实施例1制得的C3N4量子点室温磷光材料如图1所示。结果显示，制得的磷光材料成白色粉状。图2为C3N4量子点用365nm紫外灯照射一段时间后，撤回光源能持续发射3～6s的肉眼可见蓝绿色磷光。图3为TEM测试C3N4量子点的形貌特征，结果显示C3N4量子点粒径分布均一，约为4～7nm，同时分散性良好，能有效分散在基底材料表面。图4为本发明所提C3N4量子点的荧光发射光谱，结果显示，荧光最佳激发波长为380nm。图5为本发明所提C3N4量子点的荧光激发光谱，结果显示，荧光发射波长为442nm。图6为本发明所提C3N4量子点的室温磷光光谱，结果显示，磷光发射波长为420nm。图7为本发明所提C3N4量子点的室温磷光衰减光谱及拟合磷光寿命，拟合结果显示磷光寿命为69.9ms。
图8为在水溶剂中的紫外可见吸收光谱(Uv-vis)。结果显示，该材料具有三个吸收峰，主要可分为两类：量子核上的sp2共轭结构能量吸收以及表面态上sp3结构和孤电子对引起的能量吸收。
图9为傅里叶红外光谱(FT-IR)。结果显示，该量子点表面连接大量的氨基、羟基和少量的羧基等亲水性基团，有助其在水溶液中分散。此外，氨基、羟基和羧基相互作用形成的氢键有效限制了分子运动，减少能量损失，是磷光产生的最主要原因。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。