溶剂控制合成碳点及在防伪、信息加密中的应用

作     者：李宁 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付强

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：溶剂控制合成 碳点 荧光 余辉 防伪 

摘      要：近些年来,碳点（Carbon dots,CDs）因其十分优异的光学性能、绿色低毒性以及不冗杂的合成过程受到广泛关注。在众多合成方法中微波辅助合成被认为是较为绿色的合成方法,并且与其他合成方法相比制备用时相对较短。制备CDs通常离不开溶剂,因此了解溶剂对CDs的控制合成是至关重要的。通过控制溶剂合成基质CDs和无基质CDs将有利于改善CDs材料的特性。本课题以芳香酸或与四乙烯五胺在不同的溶剂如乙醇、甲酰胺、水、N,N-二甲基甲酰胺（N,N-dimethylformamide,DMF）等通过微波辅助溶剂控制合成了多色荧光和余辉CDs材料,此外,还将DMF用作辅助硼酸（Boric acid,BA）的有效溶剂形成基质促使CDs实现余辉。在不同条件下研究溶剂控制合成对CDs材料的影响,并实现了它们在信息加密、防伪方面的应用,具体的研究内容为: （1）溶剂控制合成无基质碳点及在防伪油墨中的应用 本实验以1,2,4,5-苯四羧酸和乙醇为前驱体,微波辅助溶剂合成延迟荧光型余辉并具有固态白色荧光的无基质CDs。以四乙烯五胺（Tetraethylenepentylamine,TEPA）为氮源,以乙醇、水、甲酰胺、DMF为合成溶剂制备了多色氮掺杂碳点（N-CDs）。以苯四羧酸、TEPA和乙醇制备的固态绿色E-CDs（Ethanol,E）和由水制备的白色W-CDs（Water,W）具有可见室温磷光余辉。本次实验还发现（n,π*）构型在无基质CDs中为开发固态长效余辉材料提供了新的策略,并在最后将CDs材料作为防伪油墨印刷在货币和纸张上,实现防伪和信息加密。 （2）溶剂控制合成基质碳点及在信息解密中的应用 本实验以DMF为溶剂采用微波处理BA形成可供CDs嵌入的刚性基质,分两步对1,3,5-苯三羧酸和四乙烯五胺制备的一步CDs材料进行改性,制备出具有蓝色余辉的乙醇组基质碳点（E-CDs@BA2）,黄色余辉的DMF组基质碳点（D-CDs@BA2）和浅绿色余辉的甲酰胺组基质碳点（F-CDs@BA2）。本次工作制备的功能性二步CDs材料被作为二维色块排列材料,利用特殊软件解码加密信息,成功实现了防伪和信息加密与解密。