多色荧光碳量子点的合成及其复合高分子荧光薄膜的制备研究

摘要

近年来，IV族的碳量子点(CQDs)作为新型的纳米荧光材料，具有无毒环保、良好的生物相容性以及优良的光学性能，如激发-发射波长可调谐的荧光、上转换荧光发射特性等受到科研界的普遍关注。但CQDs本身仍存在发光效率低且本征荧光发射范围窄等缺点，导致CQDs在发光材料和器件等方面的应用受限。目前，已经有包括表面官能团的修饰、元素掺杂以及与其它量子点复合等多种改性方法来提高CQDs的发光效率以及发射多色荧光。本文通过对CQDs进行表面修饰和元素掺杂修饰，实现了CQDs的多色荧光发射性能并进一步与高分子聚合物进行复合，得到了具有稳定荧光发射特性的复合高分子荧光薄膜。本论文研究内容及结果如下:
　　1、以不同来源的石墨碳棒为电极，NaOH的乙醇溶液为电解液，通过电解法得到碳量子点溶液。其中，市售石墨棒为原料制备的碳量子点粒径为2～4nm，呈高分散状态，当激发波长λex=365nm时，荧光最大强度发射峰位在420nm，采用溶剂挥发法制备了CQDs/PMMA复合薄膜以及CQDs/PVA复合薄膜，有效地克服了CQDs溶液荧光稳定性较差的缺点，荧光稳定性良好。
　　2、以柠檬酸、尿素为原料，通过甲苯、二甲苯、乙醇、丁醇和环丁砜等溶剂采用回流法一步制备了无需后处理的多色荧光碳量子点。其中，以沸点为110℃的甲苯为溶剂回流得到的碳量子点，颗粒粒径在3～6nm，荧光性能最优。将油溶性CQDs与PMMA复合成CQDs/PMMA复合薄膜，当λex=415nm和λex=450nm时，具有明亮的红、黄、绿三色荧光。水溶性CQDs与PVA以及白乳胶复合制成CQDs/PVA复合薄膜和CQDs/白乳胶复合物，当λex=415nm和λex=450nm时，CQDs/PVA复合薄膜具有肉眼可见的红、黄、绿色荧光。当λex=365nm时，CQDs/白乳胶复合物具有绿色荧光。
　　3、以柠檬酸和硫脲为原料，DMF为溶剂，通过系列温度下的溶剂热法制备出多色荧光碳量子点。其中，在160℃下反应得到的CQDs颗粒粒径在6～8nm，荧光性能最优，当λex=365nm时，荧光发射强度为7200，具有明亮的红、橙、黄、蓝等多色荧光以及优异的上转换荧光特性。将CQDs分别与PMMA、PVA复合制成CQDs/PMMA复合薄膜和CQDs/PVA复合薄膜，当λex=415nm和λex=450nm时，CQDs/PMMA复合薄膜和CQDs/PVA复合薄膜分别呈现红、黄、绿多色荧光。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 量子点简介

1．3 碳量子点的简介

1．3．1 碳量子点的光学性质

1．3．2 碳量子点制备方法

1．4 碳量子点的改性方法

1．4．1 表面基团修饰

1．4．2 元素掺杂

1．4．3 与其它量子点复合

1．5 碳量子点复合材料

1．5．1 碳量子点／无机复合材料

1．5．2 碳量子点／有机聚合物复合材料

1．6 本论文研究目的和研究内容

第二章 实验部分

2．1 药品与仪器

2．1．1 药品与试剂

2．1．2 设备与仪器

2．2 实验内容

2．2．1 电解法制备CQDs

2．2．2 溶剂回流法制备CQDs的制备

2．2．3 溶剂热法制备CQDs的制备

2．2．4 CQDs／高分子复合物的制备

2．3 样品的表征

2．3．1 透射电镜表征(TEM)

2．3．4 光学图像表征

第三章 电解法制备荧光碳量子点及其在聚合物中的应用研究

3．1 不同电极原料制备碳量子点的表征

3．1．1 TEM表征

3．1．2 FT-IR表征

3．1．3 荧光光谱表征

3．1．4 光学成像表征

3．2 碳量子点在聚合物中的复合

3．2．1 荧光性能表征

3．2．2 CQDs／PMMA薄膜的荧光照片

3．3 本章小结

第四章 溶剂回流法制备多色荧光碳量子点及其在聚合物中的应用研究

4．1 不同溶剂回流法制备碳量子点的表征

4．1．1 TEM表征

4．1．2 FT-IR表征

4．1．3 荧光性能表征

4．1．4 溶剂回流法制备CQDs的机理

4．1．5 不同条件下样品的荧光照片

4．2 碳量子点在聚合物中的应用研究

4．2．1 CQDs／PMMA复合薄膜

4．2．2 CQDs／PVA复合薄膜

4．2．3 CQDs／聚醋酸乙烯胶粘剂复合物

4．3 本章小结

第五章 溶剂热法制备多色荧光碳量子点及其在聚合物中的应用研究

5．1 不同温度制备碳量子点的表征

5．1．1 TEM表征

5．1．2 FT-IR表征

5．1．3 荧光性能表征

5．1．4 光学成像表征

5．2 碳量子点在聚合物中的应用研究

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师和作者简介