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一种基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点及其制备方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-02-27 09:59:38

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 喻鑫 | 2023-02-27 09:59:38

本发明提供了一种基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点及其制备方法,其目的在于,利用纳米多孔玻璃作为基质,将荧光碳点掺入到纳米多孔玻璃中,制备得到的固体荧光碳点发光稳定、荧光强度高,且操作简单、绿色环保、可批量制备,实现了碳点与玻璃的良好相容性。为实现上述目的,按照本发明的一方面,提出了一种基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点制备方法,包括如下步骤:将碳点粉末配制成碳点溶液,然后将纳米多孔玻璃片浸泡在该碳点溶液中,使碳点溶液中的碳点分散掺入到纳米多孔玻璃的纳米孔道中,同时纳米孔道对碳点聚集进行抑制,已掺入碳点的纳米多孔玻璃自然干燥后,得到基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点。

本发明属于荧光碳纳米材料领域,并具体公开了一种基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点及其制备方法,包括如下步骤:将碳点粉末配制成碳点溶液,然后将纳米多孔玻璃片浸泡在该碳点溶液中,使碳点溶液中的碳点分散掺入到纳米多孔玻璃的纳米孔道中,同时纳米孔道对碳点聚集进行抑制,已掺入碳点的纳米多孔玻璃自然干燥后,得到基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点。本发明将碳点掺入纳米多孔玻璃中,方法简单、绿色环保、可批量制备,实现了碳点与玻璃的良好相容性,且制备得到的固体荧光碳点发光稳定、荧光强度高。

碳点是一种具有荧光特性的一维纳米材料,其具有独特的光学性能、良好的水溶性以及稳定的发光特性、易于合成和环保等优点,在生物医学、传感检测、发光照明等多个领域受到极大的关注。

然而,目前文献中报道的碳点大多是在溶液里具有良好的发光特性,而固体碳点由于受到聚集猝灭效应,其固态状态下会因为碳核间的Π电子堆积或者能量传递,往往会发生荧光猝灭。目前虽有固态碳点的制备方法,但是多受限于制备工艺复杂、制备成本高、碳点载量低等问题,从而限制了碳点在照明发光、能源领域、光电器件以及生物医疗的应用。

华中科技大学(Huazhong University of Science and Technology),简称华中大、华科大 ,位于湖北省武汉市,是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流” “985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0,是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地,为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

主要具备以下的技术优点:

1.本发明将碳点掺入纳米多孔玻璃中,无需复杂的制备工艺,且方法简单、绿色环保、可批量制备,实现了碳点与玻璃的良好相容性,为固态发光提供了一种良好的制备方法,且制备得到的固体荧光碳点发光稳定、荧光强度高。

2.本发明采用具有丰富纳米多孔的纳米多孔玻璃获得固态碳点,纳米孔尺寸均匀,固态碳点被分散在纳米多孔玻璃的纳米孔道中,可以获得均匀分分布的固态碳点;同时由于孔道的隔离作用,可以抑制碳点由于聚集导致的荧光猝灭,实现固态下碳点发光增强。

3.本发明采用纳米多孔玻璃的孔径尺寸可根据其制备方法进行调整,因此可获得孔径均匀但是尺寸可调的纳米多孔玻璃,这有利于不同尺寸的碳点掺入纳米多孔玻璃中,从而实现固态荧光碳点的制备。

4.本发明采用的高二氧化硅含量的纳米多孔玻璃具有高透光性、耐高温等特性,使得制备的基于纳米多孔玻璃的固态荧光碳点在光器件方面具有良好的应用前景,可应用于固态照明、离子检测等领域;同时,本发明可实现多种制备工艺获得的碳点掺入纳米多孔玻璃中,实现不同发光区域的固态碳点制备。

5.本发明对碳点溶液浓度及纳米多孔玻璃片浸泡在碳点溶液中的时间进行设置,使得溶液中的碳点能够充分、均匀地分布在纳米多孔玻璃的孔道和孔径中,实现均匀掺入,提高固态荧光碳点的荧光强度;同时还可以利用高温或超声波加速碳点进入纳米多孔玻璃的孔径内部。

6.本发明对碳源分子前驱体及反应温度进行设置,能够促使前驱体快速充分反应,得到适合后续透析的反应物,并提高反应物产量,同时对透析袋尺寸进行设置,可保证碳点粉末尺寸和性能;此外本发明采用一步高温法绿色合成碳点,不需多步加热,且碳源选择丰富,制备过程简单、可大批量制备。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。