发射半峰宽为18nm且量子产率近100%的纯紫光氧掺杂碳量子环的制法和应用

本发明涉及荧光碳纳米材料领域，具体涉及发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环的制法和应用。

背景技术：

1、根据发光材料的种类，自发光显示器可分为有机发光二极管(oleds)、量子点发光二极管(qleds)和钙钛矿发光二极管(peleds)。窄谱带发光的oleds已经在智能手机和电视等平板显示方面迈向实际应用。然而，目前大多数oleds产品往往采用真空蒸镀技术，具有成本高、器件结构复杂、良品率低等不足，这极大地阻碍了其进一步的大规模生产。相比之下，qleds和peleds具有可溶液加工、高荧光量子产率(plqy)和窄带宽等特点，可通过溶液加工实现大面积生产。然而，由于重金属元素(cd,pb等)的毒性、以及相对较差的胶体和光热稳定性、容易发生聚沉降解和光漂白等缺点，有必要探索和发展无毒性、高稳定性以及荧光性质优异的新型窄谱带发光的量子点用于下一代显示技术。

2、碳量子点(carbon quantum dots,cqds)作为纳米碳材料的新成员，是一种零维(0d)纳米材料，其特征是薄层石墨片(通常为1-3层，厚度小于2nm)，横向尺寸通常小于10nm。与二维石墨烯相比，cqds具有一些独特的优点，如量子限域效应带来的波长可调、丰富的活性中心(边缘、官能团、掺杂剂等)以及优异的生物相容性等。更重要的是，与传统的有机小分子和半导体量子点相比，cqds兼具可溶液加工、低毒和机械灵活性等多重优势，或将成为实现下一代大尺寸显示器件的理想候选材料。然而，由于π共轭长度不可约和激发态振动弛豫较强，使得cqds难以同时实现半峰宽低于20nm且波长短于400nm的发光峰，限制了其在广色域显示器件领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环。

2、本发明的再一目的是提供上述碳量子环的制备方法。

3、本发明的再一目的是提供上述碳量子环的应用。

4、本本发明的再一目的在于将制备的发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环材料应用于电致发光二极管器件。

5、根据本发明的发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环，通过包括以下步骤的方法制备：

6、(1)以2,3-二羟基萘为碳源前驱体，研磨使其与催化剂无水氯化亚锡充分混合。置于高压反应釜中，在烘箱加热，在180℃条件下反应8小时，即可得到含有碳量子环的灰黑色块状固体。

7、(2)将上述灰黑色块状固体多次加入二氯甲烷，在超声的环境下溶解固体，得到含有碳量子环的溶液。

8、(3)收集上述反应后的溶液，采用石油醚/二氯甲烷的混合溶剂作为洗脱液，依次通过碱性氧化铝和硅胶进行柱层析纯化，最后冷冻干燥得到碳量子环的固体粉末。

9、下面对本发明做进一步解释和说明。

10、本发明是为了解决目前cqds的π共轭长度不可约和激发态振动弛豫较强，难以同时实现半峰宽低于20nm且波长短于400nm的发光峰的问题。提供了一种发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环的制法和应用。

11、根据本发明的技术方案，其中，催化剂无水氯化亚锡对制备出发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环非常重要。如果将无水氯化亚锡换成无水三氯化铝等lewis酸，其它反应条件保持一致，得不到窄谱带发光的纯紫光碳点。

12、根据本发明的技术方案，其中，高温-高压的固相合成条件对于制备发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环也起着非常重要的作用。如果采用传统的溶剂热反应，无法合成出窄谱带发光的纯紫光碳点。

13、根据本申请的技术方案，其中，在步骤(1)中，所述催化剂与所述碳源前驱体的质量比为1:5～1:1.5。碳源前驱体与无水氯化亚锡的用量比例在该范围内几乎不影响纯紫光氧掺杂碳量子环的产率，说明该比例下无水氯化亚锡的用量足以支持催化和辅助脱水作用。

14、发明通过高温-高压固相合成策略进行反应，通过进一步优化得到发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环，其荧光发射峰不随激发波长的改变而改变，且荧光量子产率高达95％。通过多次柱层析提纯可以得到碳量子环固体粉末。本发明的方法简单，可控性高，适合批量生产。

15、本发明制备的碳量子环具有由12个苯环和6个嵌入的五元氧杂环组成的平面氧掺杂六边形环状结构。本发明制备的上述碳量子环在光电器件领域具有广泛的应用前景。将其应用于显示电致发光二极管器件，具有色纯度高、启亮电压低、亮度高等优点，有望作为低成本，环境友好的新型发光材料应用于显示电致发光二极管领域。

技术特征：

1.发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环，其特征在于，所述量子环通过包括以下步骤的方法制备：

2.根据权利要求1所述的发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环，其特征在于，在步骤(3)中，采用石油醚/二氯甲烷的混合溶剂作为洗脱液，依次通过碱性氧化铝和硅胶进行柱层析纯化，冷冻干燥得到碳量子环的固体粉末。

3.根据权利要求1所述的发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环，其特征在于，在步骤(1)中，所述催化剂与所述碳源前驱体的质量比为1:5～1:1.5。

4.一种制备发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述催化剂与所述碳源前驱体的质量比为1:5～1:1.5。

6.权利要求1所述的发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环的应用。

7.权利要求1所述的发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环用于显示电致发光二极管的应用。

技术总结本发明涉及荧光碳纳米材料领域，具体涉及发射半峰宽为18nm且量子产率近100％的纯紫光氧掺杂碳量子环的制法和应用。本发明以2,3‑二羟基萘为碳源前驱体，通过固相催化反应制备了量子产率接近100％的窄谱带紫光碳量子环。本发明制备的碳量子环为具有氧掺杂的六边形环状结构，在显示器件领域具有广泛的应用前景。技术研发人员：范楼珍,宋先之,张洋,袁廷,石钰鑫受保护的技术使用者：北京师范大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4