一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球及其可控制备方法和应用

本发明涉及多功能材料制备，尤其涉及一种室温磷光寿命长且发光稳定的cds@sio2及其可控制备方法和应用。

背景技术：

1、室温磷光材料是一类在室温下可以实现磷光发射的材料。为了实现碳点的室温磷光性能，一般的做法是选用适当的基质对碳点的三重态电子进行保护，降低其非辐射损耗，并提高系间窜越的效率。相对于已广泛研究的荧光材料，磷光材料由于其寿命长、斯托克斯位移大，在生物成像、防伪、信息加密等领域具有广阔的应用前景。

2、有效室温磷光的实现，需要通过高效的自旋轨道耦合用于提升单线态和三线态间的系间窜越和稳定的三线态激发。为此，现有技术中进行了大量的研究。

3、中国专利文件cn110229664a公开了一种基于碳量子点的室温磷光材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源、氮源和水混合，进行水热反应，经离心、透析、干燥得到碳量子点，之后再将碳量子点、硼酸和水混合进行水热反应，得到室温磷光材料。该专利制得的室温磷光材料的平均寿命为0.980s左右。

4、中国专利文件cn111662709a公开了一种基于氮点的室温磷光材料，通过2-叠氮基咪唑为前驱体，在液态亲核试剂存在的条件下，进行自聚和核聚，获得荧光氮点，并使其与基底材料以及极性溶剂进行反应得到。该专利制得的室温磷光材料的发光寿命为721ms左右。

5、中国专利cn113444516a公开了一种二氧化硅/氮掺杂碳纳米复合物及制备方法与应用，将0.5～8.0ml正硅酸乙酯和0.1～3.0ml三乙烯四胺加入20ml超纯水中，搅拌3～20分钟后，将上述溶液放入水热釜中，在230～260℃下加热9～20小时，冷却后，将反应产物离心、洗涤、冷冻干燥，即可得到二氧化硅/氮掺杂碳纳米复合物。该专利制得的磷光材料的寿命可以达到1.81秒，肉眼分辨时间达到9秒。

6、但上述现有技术中制备碳点存在以下缺点：1)采用的制备方法过于繁琐复杂，通常需要高温水热反应、产物离心和透析的提纯及其最终产物的冷冻干燥实现固态等过程；2)最终产物的产率低下或是材料的发光寿命短，无法实现规模化制备；3)大多数固态发射呈现单模发射，即荧光发射；4)对于碳点磷光的实现也仅限于刚性结构的单态模式，无法实现增强现象；5)实验的操作过于危险且成本高昂，如高温高压下的水热或溶剂热反应，每次反应过于费时(包括反应、自然冷却，洗涤提纯和干燥等)。

7、因此，迫切需要开发一种简单、快速、能耗低、潜在污染低的室温磷光材料的合成方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球及其可控制备方法和应用，具体是室温磷光寿命长且发光稳定的cds@sio2及其可控的制备方法和应用。

2、本发明以二氧化硅(sio2)为固态分散剂负载碳点(cds)，在sio2生长过程中原位负载胺类或酚类前驱体，进而通过煅烧得到限域生长并均匀分散的cds@sio2发光材料。通过原位负载不同种类及含量的前驱体，以及不同煅烧温度，调控cds荧光性质和磷光性质，以及cds@sio2的粒径尺寸。结果表明，以间苯二胺和苯酚为前驱体可实现最优发光性能。本发明提供的方法克服了传统固体发光材料制备步骤繁琐、溶剂消耗量大等问题，实验所用的试剂、设备、方法也较为安全简单，而且得到较为少见的寿命长(4954.73ms)且发光稳定的黄绿色室温磷光(rtp)材料，有望实现大规模生产和工业推广。

3、本发明的技术解决方案如下：

4、本发明的第一方面提供一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，包括以下步骤：

5、s1、在容器中加入胺类或酚类，再依次加入无水乙醇、蒸馏水、氨水使其溶解，最后加入正硅酸四乙酯(teos)，室温搅拌反应；

6、s2、反应结束后，离心分离，清洗沉淀物，将产物烘干；

7、s3、用管式炉在保护气体氛围下煅烧步骤s2的产物，得到室温磷光材料。

8、优选地，步骤s1中，所述胺类包括苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺和均苯三胺中的一种或多种。

9、优选地，步骤s1中，所述酚类包括苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚和均苯三酚中的一种或多种。

10、优选地，步骤s1中，每0.8-1ml的正硅酸四乙酯加入胺类或酚类的摩尔量为0.5 -15mmol。

11、优选地，步骤s1中，所述无水乙醇、蒸馏水、氨水、正硅酸四乙酯的体积比为25-28：3-5：0.5-1.5：0.5-1.5。

12、优选地，步骤s1中，所述搅拌时间为5 -9h。

13、优选地，步骤s3中，煅烧的温度为100-900℃。

14、本发明第二方面提供一种采用上述的可控制备方法制得的长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球，制得的载碳点二氧化硅球的荧光寿命可达49ns，磷光寿命可达4954.73ms。

15、本发明第三方面提供一种上述长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的应用，具体是应用在pva膜上，将其均匀分散于聚乙烯醇溶液中，将溶液注入圆碟模具中，自然晾干成膜，即得cds@sio2负载型pva膜。制得的cds@sio2负载型pva膜具有较好的色纯度，且具有透光率高、雾度低、亮度高、不泛黄、附着力好、无明暗纹、挺度佳、不易破损等特点。

16、本发明至少具有以下有益效果之一：

17、1、本发明提供的一种室温磷光寿命长且发光稳定的cds@sio2可控制备方法在室温下进行，无须进行溶剂热反应，操作简便。此外，本发明通过原位负载不同种类及含量的前驱体，以及不同煅烧温度，能够调控cds荧光性质和磷光性质，以及cds@sio2的粒径尺寸(270-800nm)，具有潜在的光子晶体应用。

18、2、采用本发明的方法制备的cds@sio2碳点磷光寿命长(4954.73ms)，光稳定性高，耐空气和各种溶剂。

19、3、将本发明制备的cds@sio2应用在pva膜上，有望实现cds@sio2的器件化和批量生产，如用于高显指激光照明领域。

技术特征：

1.一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述胺类包括苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺和均苯三胺中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述酚类包括苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚和均苯三酚中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，步骤s1中，每0.8-1ml的正硅酸四乙酯加入胺类或酚类的摩尔量为0.5mmol-15mmol。

5.根据权利要求1所述的一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述无水乙醇、蒸馏水、氨水、正硅酸四乙酯的体积比为24-30：3-6：0.5-2：0.5-2。

6.根据权利要求1所述的一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述搅拌时间为5-9h。

7.根据权利要求1所述的一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的可控制备方法，其特征在于，步骤s3中，煅烧的温度为100-900℃。

8.一种采用如权利要求1～7中任一项所述的可控制备方法制得的长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球。

9.一种权利要求8所述的长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球的应用，其特征在于，将其均匀分散于聚乙烯醇溶液中，将溶液注入圆碟模具中，自然晾干成膜。

技术总结本发明公开了一种长寿命室温磷光的载碳点二氧化硅球及其可控制备方法和应用，涉及多功能材料技术领域，其制备步骤如下：在SiO<subgt;2</subgt;生长的过程中原位负载胺类或酚类前驱体，进而通过煅烧得到限域生长并均匀分散的CDs@SiO<subgt;2</subgt;发光材料。通过原位负载不同种类及含量的前驱体，以及不同煅烧温度，调控CDs荧光性质和磷光性质，以及CDs@SiO<subgt;2</subgt;的粒径尺寸。本发明提供的方法克服了传统固体发光材料制备步骤繁琐、溶剂消耗量大等问题，实验所用的试剂、设备、方法也较为安全简单，而且得到较为少见的寿命长(4954.73ms)且发光稳定的黄绿色室温磷光材料，有望实现大规模生产和工业推广。技术研发人员：刘健,孙莹,杨艳枚受保护的技术使用者：江西师范大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30