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CN114989549A - 一种近红外纳米碳点转光膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种近红外纳米碳点转光膜及其制备方法和应用 Download PDF

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CN114989549A CN202210644298.4A CN202210644298A CN114989549A CN 114989549 A CN114989549 A CN 114989549A CN 202210644298 A CN202210644298 A CN 202210644298A CN 114989549 A CN114989549 A CN 114989549A
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Abstract

本发明公开了一种近红外纳米碳点转光膜及其制备方法和应用，属于高分子功能性材料技术领域。所述近红外纳米碳点转光膜包括近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇，所述近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇按质量比计为(0.001‑0.005)：(0.0001‑0.0005)：0.5。本发明近红外纳米碳点转光膜的制备不添加任何有毒或昂贵的改性剂，具有绿色环保、性能稳定、合成工艺简单、光能利用率高的特点，能够将太阳光中的紫外光和黄绿光转换为植物能够高效利用的红光，提高了光能利用率。

Description

一种近红外纳米碳点转光膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子功能性材料技术领域，具体涉及一种近红外纳米碳点转光膜及其制备方法和应用。
背景技术
太阳光是植物进行光合作用的能量来源，而植物光合作用所利用的光波长的范围是有限的。太阳光中波长400～480nm的蓝紫光可被叶绿素、类胡萝卜素强烈吸收，促进植物的茎叶生长；波长600～700nm的红橙光被叶绿素吸收,可促进植物的果实生长；波长500～600nm的黄绿光对光合作用几乎无贡献；波长290～315nm的紫外线对大多数植物都有害。
转光膜是一种可以吸收太阳光中部分紫外光和植物利用率较低的黄绿光,并将其转化为植物光合作用利用的蓝紫光和红橙光。理想的转光膜可将对植物生长有害的及无法吸收的光转换为光合作用中叶绿素可以吸收利用的蓝紫光和红橙光。农用转光膜就是以此为切入点，相对普通的无转光材料添加的普通植物大棚用膜相比，农用转光膜一般是能够更加高效利用太阳光的薄膜。另外，大量的数据也表明：转光材料的使用能有效提高光能综合利用率，有利于植物的生长，促进植物的早熟和增产。
稀土无机转光剂多为稀土离子掺杂的碱土铝酸盐、硫氧化物、钨酸盐和硅酸盐等，是一类具有显著光转换效应的稀土功能材料，广泛应用于转光农膜。然而稀土无机转光材料在潮湿的环境中易水解，导致发光性能下降；且稀土无机转光材料与高分子基质的相溶性差，在高分子薄膜制备过程中搅拌不均匀会导致分散性不好,使得形成的薄膜荧光均匀性较差,从而影响薄膜成型,同时也会引起荧光猝灭现象,降低薄膜的转光效率。合成具有较好溶解性的转光剂,将其应用到薄膜中,改善材料表面改性带来的粒度较大、成膜厚度过大是需要解决的一大难题。
因此有必要在稀土无机转光剂的制备方面加以改进，将颗粒微米化甚至纳米化，因为粉体的超微细化可增强粉体的分散性和荧光性。二是加大转光剂与其他功能性助剂和高分子相容性研究，从而有效避免稀土团聚引起的透光率下降和荧光猝灭。
目前有一种红色荧光碳点是由盐酸多巴胺、邻苯二胺、酸合成，这种新型红色荧光转光材料相对于以前的稀土无机转光剂来说改善材料表面改性带来的粒度较大、成膜厚度过大的问题，且紫外光转换功能高、转光衰减慢、制备成本低、与高分子膜材料结合力强。但是合成碳点的原料盐酸多巴胺、邻苯二胺、酸对环境不友好，与现今的碳中和环保理念背道而驰。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种近红外纳米碳点转光膜及其制备方法和应用，该近红外纳米碳点转光膜的制备不添加任何有毒或昂贵的改性剂，具有绿色环保、性能稳定、合成工艺简单、光能利用率高的特点，能够将太阳光中的紫外光和黄绿光转换为植物能够高效利用的红光，提高了光能利用率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种近红外纳米碳点转光膜，包括近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇，所述近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇按质量比计为(0.001-0.005)：(0.0001-0.0005)：0.5。
本发明的近红外纳米碳点转光膜以近红外纳米荧光碳点为转光材料，抗坏血酸为抗氧化剂，聚乙烯醇为载体，复合形成近红外纳米碳点转光农膜。近红外纳米荧光碳点由白玉兰叶粉末和有机溶剂一步溶剂热法合成的，在紫外光和黄绿光区域有很强吸收并且发射红色荧光的粒径小于10nm的纳米转光材料；抗坏血酸是一种含有丰富的氧化态的糖类化合物，有优异的强抗氧化性能，很容易被氧化成脱氢维生素C，但其反应是可逆的，并且抗坏血酸和脱氢抗坏血酸具有同样的生理功能，但脱氢抗坏血酸若进一步水解，生成二酮古乐糖酸，则反应不可逆而完全失去生理效能，能防止近红外纳米荧光碳点因强物理因素氧化导致猝灭，而且有效延长近红外纳米碳点转光膜使用寿命；聚乙烯醇是一种价格低廉、无毒、无腐蚀性、具有良好成膜性、粘结性、生物亲和性且环境友好的高分子材料,是唯一种可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物,在细菌和酶的作用下，46天可降解75％,属于一种生物可降解高分子材料。本发明是现有农用转光膜高分子材料薄膜和转光材料的重要改变,将新型碳基纳米材料碳点与高分子组合起来，既充分利用了现有的可再生绿色资源，避免了合成高分子所带来的环境污染问题，又在传统的薄膜基础上增加了光学性能，而且相比现有农用薄膜，增强了抗氧化性能，延长了使用寿命。本发明的近红外纳米碳点转光膜在紫外光(380～420nm)和黄绿光(492～585nm)有很强的吸收,并发射出波长范围为600～700nm红色荧光，可以将紫外光和植物利用率较低的紫外光和黄绿光转换成对植物生长有用的红光，提高光能利用率,作为农业棚膜和地膜，应用于作物种植和育苗等方面,能够达到增产增质的效果。
优选的，所述近红外纳米荧光碳点由白玉兰叶粉末与有机溶剂通过一步溶剂热法合成。
优选的，所述白玉兰叶粉末与有机溶剂的质量体积比为1g：10～30mL。
优选的，所述有机溶剂为丙酮溶液、无水乙醇或甲醇。
优选的，所述近红外荧光纳米碳点的紫外吸收波长和激发波长范围分别为380～420nm和380～410nm，发射峰波长范围为600～700nm。
本发明还提供了一种上述所述的近红外纳米碳点转光膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)近红外纳米荧光碳点合成步骤:将白玉兰叶粉末和有机溶剂混合均匀，转移到不锈钢反应釜中,在温度为100-200℃反应器中恒温加热3-8小时，反应结束后自然冷却，将所得的反应物离心，所得的上层清液使用滤膜过滤，所得滤液通过硅胶柱层析提纯，对提纯后的滤液采用不同体积比的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱，收集深绿色溶液，减压蒸发，即得到深绿色的胶体产物近红外纳米荧光碳点；
(2)近红外纳米荧光碳点胶体物溶解步骤:将近红外纳米荧光碳点胶体物加入到乙醇与去离子水的比例混合溶液中,超声至胶体物溶解，得到近红外纳米荧光碳点醇溶液；
(3)抗坏血酸溶解步骤:将抗坏血酸加入到去离子水中,超声至固体溶解，得到抗坏血酸溶液；
(4)聚乙烯醇溶解步骤:将聚乙烯醇加入到去离子水中，在280r/min、95℃反应器中恒温加热10分钟至固体融化,将溶液加热蒸发水分，至整体溶液呈粘稠状,得到聚乙烯醇溶液；
(5)复合步骤:将抗坏血酸溶液和近红外纳米荧光碳点醇溶液加入到聚乙烯醇溶液中，持续搅拌，恒温反应5分钟，使抗坏血酸溶液和近红外纳米荧光碳点醇溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，脱去气泡后，得到均一的复合溶液,所述复合溶液中的近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇质量比为(0.001-0.005)：(0.0001-0.0005)：0.5；
(6)固化成膜步骤:将所述复合溶液流延成膜，风干固化成型,得到近红外纳米碳点转光膜。
优选的，所述近红外纳米荧光碳点胶体物溶解步骤中，近红外纳米荧光碳点胶体物、乙醇和去离子水的用量比为4mg:1～5mL:0～4mL。
优选的，所述抗坏血酸溶解步骤中，所述抗坏血酸与去离子水的用量比为10mg：5mL。
优选的，所述石油醚和乙酸乙酯洗脱剂中石油醚和乙酸乙酯的体积比为3:1～1:1。
本发明还提供了一种上述所述的近红外纳米碳点转光膜的应用，所述近红外纳米碳点转光膜用于作物种植或作物育苗中。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明的近红外纳米碳点转光膜以近红外纳米荧光碳点为转光材料，抗坏血酸为抗氧化剂，聚乙烯醇为载体，复合形成近红外纳米碳点转光农膜，其中：
(1)本发明中的近红外纳米荧光碳点由白玉兰叶粉末和有机溶剂一步溶剂热法合成，合成过程简单,对光能的利用率高，在紫外光和黄绿光区域有很强吸收并且发射红色荧光的粒径小于10nm的纳米转光材料：如对植物利用率低的紫外光(250～300nm)和黄绿光(492～585nm)有很强的吸收，并且能够被这两个区域的光激发，发射出波长范围为600～700nm的能够被植物高效利用的红色荧光，从而实现转光作用，达到促进植物生长的效果；且本发明的近红外碳点显示出稳定的近红外发射，峰值在约678nm处，具有窄的半峰宽、近红外纳米荧光碳点颗粒尺寸小(粒径小于10nm)、转光性质稳定、毒性低、生物相容性好；
(2)本发明选用抗坏血酸作为抗氧化剂，环保、安全、无毒，且具有优异的强抗氧化性能，不仅能防止近红外纳米荧光碳点因强物理因素氧化导致猝灭，而且有效延长近红外纳米碳点转光膜使用寿命。
(3)本发明近红外纳米碳点转光膜的合成材料及制备过程都遵循绿色环保的理念，整个工艺过程对环境几乎无污染。
综上，本发明近红外纳米碳点转光膜的制备不添加任何有毒或昂贵的改性剂，具有绿色环保、性能稳定、合成工艺简单、光能利用率高的特点，能够将太阳光中的紫外光和黄绿光转换为植物能够高效利用的红光，提高了光能利用率。
附图说明
图1为本发明中的近红外纳米荧光碳点(NIR-CDs)分别在(a)丙酮、(b)DMSO下的绝对荧光量子产率图；
图2为本发明中的近红外纳米荧光碳点(NIR-CDs)的(a)紫外吸收光谱和(b)不同激发波长下的荧光发射光谱；(c)不同溶剂下的荧光发射光谱；(d)不同水/乙醇混合比下，NIR-CDs的荧光发射光谱；(e)为不同激发波长下，NIR-CDs在DMSO溶液中的荧光发射光谱图；(f)为不同含水量下，NIR-CDs在DMSO溶液中的荧光发射光谱图(NIR-CDs的浓度为50mg·L-1)；
图3为本发明NIR-CDs在不同溶剂热制备的荧光发光图:溶剂从左到右分别为水、DMSO、DMF、冰乙酸、丙酮制备的NIR-CDs荧光发光图；
图4为本发明的近红外纳米荧光碳点在不同水/乙醇混合比下的荧光发光图；
图5为本发明近红外纳米碳点转光膜紫外光照射下照片；
图6为本发明近红外纳米碳点转光膜白光下照片；(1)为加聚乙烯醇和乙醇的膜；(2)为加聚乙烯醇和近红外荧光纳米碳点的膜；(3)为加聚乙烯醇、近红外荧光纳米碳点和抗坏血酸的膜；
图7为本发明的近红外纳米转光膜紫外光照射下照片：(a)为加聚乙烯醇和乙醇在紫外照射下的膜；(b)为加聚乙烯醇和近红外荧光纳米碳点在紫外照射下的膜；(c)为加聚乙烯醇、近红外荧光纳米碳点和抗坏血酸紫外照射下的膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种近红外纳米碳点转光膜，包括近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇，所述近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇按质量比计为(0.001-0.005)：(0.0001-0.0005)：0.5。所述近红外荧光纳米碳点是由白玉兰叶粉末和有机溶剂溶剂热法合成的。其中，所述白玉兰叶粉末与有机溶剂的质量体积比为1g：10～30mL。所述有机溶剂为丙酮、无水乙醇或甲醇。所述近红外荧光纳米碳点的紫外吸收波长和激发波长范围分别为380～420nm和380～410nm,发射峰波长范围为600～700nm。所述聚乙烯醇选用聚乙烯醇-1799。
上述近红外纳米碳点转光膜的制备方法包括以下步骤：
近红外纳米荧光碳点合成步骤:选取新鲜的白玉兰叶，洗净，烘干，粉碎成粉末；将得到粉末添加到有机溶剂中，充分搅拌均匀；将上述搅拌均匀的溶液转移到不锈钢反应釜中，并在100-200℃的反应器中恒温加热3-8h，得反应物；冷却至室温后，将所得反应物离心，所得的上层清液使用滤膜过滤，所得滤液再通过硅胶柱层析提纯；采用不同体积比的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱；最后，收集深绿色溶液，减压蒸发，即得到深绿色的胶体产物近红外碳点；
聚乙烯醇溶解步骤:将聚乙烯醇加入到去离子水中,在95℃,280r的水浴锅加热粉末融化，溶液由白色变为透明,得到聚乙烯醇溶液；
近红外荧光纳米碳点胶体物溶解步骤：将近红外纳米荧光碳点胶体物加入到乙醇与去离子水的比例混合溶液中，超声至胶体物溶解，得到近红外荧光纳米碳点溶液；
抗坏血酸溶解步骤：将抗坏血酸粉末加入去离子水中溶解，得到抗坏血酸溶液；
复合步骤:将近红外荧光纳米碳点溶液和抗坏血酸溶液加入聚乙烯醇溶液，持续搅拌，使近红外荧光纳米碳点溶液和抗坏血酸溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，加热5分钟后，得到均一的复合溶液，所述复合溶液中的红色荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇的质量比为(0.001-0.005)：(0.0001-0.0005)：0.5；
固化成膜步骤:将所述复合溶液流延成膜，风干固化成型，得到近红外纳米转光膜。
实施例1
一种近红外纳米碳点转光膜的制备方法，包括如下：
首先，近红外纳米荧光碳点合成步骤为:选取新鲜的白玉兰叶，洗净，在50℃下干燥12小时，粉碎成粉末；称取4.0g白玉兰叶粉末添加到80ml丙酮溶液中，充分搅拌均匀；将上述搅拌均匀的溶液转移到100ml大小的聚四氟乙烯内衬高压釜中，并在120℃下恒温加热5h，得反应物；加热完成，冷却至室温后，将所得反应物离心在8000r/min离心10分钟；上层清液使用聚醚砜膜(0.22μm)过滤，滤液通过硅胶柱层析提纯后，再采用体积比3:1的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱；最后，收集深绿色溶液，减压蒸发，得到产率为2％的深绿色胶体产物近红外碳点。
接着，将0.5g聚乙烯醇加入到495ml去离子水中,在95℃，280r恒温加热(水浴或者油浴)至聚乙烯醇融化，溶液由白色变为透明，得到聚乙烯醇溶液。然后将10mg抗坏血酸粉末加入5ml去离子水中配成的抗坏血酸溶液取50微升和4mg近红外荧光纳米碳点胶体物加入5ml乙醇中配成的近红外荧光纳膜碳点溶液加入聚乙烯醇溶液，持续搅拌，使近红外荧光纳膜碳点溶液和抗坏血酸溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，加热5分钟后，得到均一的复合溶液。最后将复合溶液流延成膜，风干固化成型，即得新型的近红外纳米转光膜。
实施例2
一种近红外纳米碳点转光膜的制备方法，包括如下：
首先，近红外纳米荧光碳点合成步骤为:选取新鲜的白玉兰叶，洗净，在50℃下干燥12小时，粉碎成粉末；称取4.0g白玉兰叶粉末添加到80ml丙酮溶液中，充分搅拌均匀；将上述搅拌均匀的溶液转移到100ml大小的聚四氟乙烯内衬高压釜中，并在120℃下恒温加热5h，得反应物；加热完成，冷却至室温后，将所得反应物离心在8000r/min离心10分钟；上层清液使用聚醚砜膜(0.22μm)过滤，滤液通过硅胶柱层析提纯后，再采用体积比2:1的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱；最后，收集深绿色溶液，减压蒸发，得到产率为2％的深绿色胶体产物近红外碳点(NIR-CDs)。
接着，将0.5g聚乙烯醇加入到495ml去离子水中,在95℃，280r恒温加热(水浴或者油浴)至聚乙烯醇融化，溶液由白色变为透明，得到聚乙烯醇溶液。然后将10mg抗坏血酸粉末加入5ml去离子水中配成的抗坏血酸溶液取50微升和4mg近红外荧光纳米碳点胶体物加入4ml乙醇、1ml去离子水中配成的近红外荧光纳膜碳点溶液加入聚乙烯醇溶液，持续搅拌，使近红外荧光纳米碳点溶液和抗坏血酸溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，加热5分钟后，得到均一的复合溶液。最后将复合溶液流延成膜，风干固化成型，即得新型的近红外纳米转光膜。
实施例3
一种近红外纳米碳点转光膜的制备方法，包括如下：
首先，近红外纳米荧光碳点合成步骤为:选取新鲜的白玉兰叶，洗净，在50℃下干燥12小时，粉碎成粉末；称取4.0g白玉兰叶粉末添加到80ml丙酮溶液中，充分搅拌均匀；将上述搅拌均匀的溶液转移到100ml大小的聚四氟乙烯内衬高压釜中，并在120℃下恒温加热5h，得反应物；加热完成，冷却至室温后，将所得反应物离心在8000r/min离心10分钟；上层清液使用聚醚砜膜(0.22μm)过滤，滤液通过硅胶柱层析提纯后，再采用体积比3:1的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱；最后，收集深绿色溶液，减压蒸发，得到产率为2％的深绿色胶体产物近红外碳点(NIR-CDs)。
接着，将0.5g聚乙烯醇加入到495ml去离子水中,在95℃，280r恒温加热(水浴或者油浴)至聚乙烯醇融化，溶液由白色变为透明，得到聚乙烯醇溶液。然后将10mg抗坏血酸粉末加入5ml去离子水中配成的抗坏血酸溶液取50微升和4mg近红外荧光纳米碳点胶体物加入3ml乙醇、2ml去离子水中配成的近红外荧光纳膜碳点溶液加入聚乙烯醇溶液，持续搅拌，使近红外荧光纳米碳点溶液和抗坏血酸溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，加热5分钟后，得到均一的复合溶液。最后将复合溶液流延成膜，风干固化成型，即得新型的近红外纳米转光膜。
实施例4
一种近红外纳米碳点转光膜的制备方法，包括如下：
首先，近红外纳米荧光碳点合成步骤为:选取新鲜的白玉兰叶，洗净，在50℃下干燥12小时，粉碎成粉末；称取4.0g白玉兰叶粉末添加到80ml丙酮溶液中，充分搅拌均匀；将上述搅拌均匀的溶液转移到100ml大小的聚四氟乙烯内衬高压釜中，并在120℃下恒温加热5h，得反应物；加热完成，冷却至室温后，将所得反应物离心在8000r/min离心10分钟；上层清液使用聚醚砜膜(0.22μm)过滤，滤液通过硅胶柱层析提纯后，再采用体积比1:1的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱；最后，收集深绿色溶液，减压蒸发，得到产率为2％的深绿色胶体产物近红外碳点(NIR-CDs)。
接着，将0.5g聚乙烯醇加入到495ml去离子水中,在95℃，280r恒温加热(水浴或者油浴)至聚乙烯醇融化，溶液由白色变为透明，得到聚乙烯醇溶液。然后将10mg抗坏血酸粉末加入5ml去离子水中配成的抗坏血酸溶液取50微升和4mg近红外荧光纳米碳点胶体物加入2ml乙醇、3ml去离子水中配成的近红外荧光纳膜碳点溶液加入聚乙烯醇溶液，持续搅拌，使近红外荧光纳米碳点溶液和抗坏血酸溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，加热5分钟后，得到均一的复合溶液。最后将复合溶液流延成膜，风干固化成型，即得新型的近红外纳米转光膜。
实施例5
一种近红外纳米碳点转光膜的制备方法，包括如下：
首先，近红外纳米荧光碳点合成步骤为:选取新鲜的白玉兰叶，洗净，在50℃下干燥12小时，粉碎成粉末；称取4.0g白玉兰叶粉末添加到80ml丙酮溶液中，充分搅拌均匀；将上述搅拌均匀的溶液转移到100ml大小的聚四氟乙烯内衬高压釜中，并在120℃下恒温加热5h，得反应物；加热完成，冷却至室温后，将所得反应物离心在8000r/min离心10分钟；上层清液使用聚醚砜膜(0.22μm)过滤，滤液通过硅胶柱层析提纯后，再采用体积比2:1的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱；最后，收集深绿色溶液，减压蒸发，得到产率为2％的深绿色胶体产物近红外碳点(NIR-CDs)。
接着，将0.5g聚乙烯醇加入到495ml去离子水中,在95℃，280r恒温加热(水浴或者油浴)至聚乙烯醇融化，溶液由白色变为透明，得到聚乙烯醇溶液。然后将10mg抗坏血酸粉末加入5ml去离子水中配成的抗坏血酸溶液取50微升和4mg近红外荧光纳米碳点胶体物加入1ml乙醇、4ml去离子水中配成的近红外荧光纳膜碳点溶液加入聚乙烯醇溶液，持续搅拌，使近红外荧光纳米碳点溶液和抗坏血酸溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，加热5分钟后，得到均一的复合溶液。最后将复合溶液流延成膜，风干固化成型，即得新型的近红外纳米转光膜。
性能测试
图1为通过荧光稳态/瞬态光谱仪测量，在丙酮和DMSO溶液中，NIR-CDs的绝对量子产率分别为19.80％和22.66％。
图2为记录NIR-CDs溶液的UV-Vis光谱和FL发射光谱以描述它们的光谱特性。如图2a所示，NIR-CDs溶液在350～470nm的波长范围内显示出广泛的吸收，最大吸收峰在413nm附近。图2b显示了NIR-CDs在不同激发波长下丙酮溶液中的FL发射，显示出了稳定的深红色发射，峰值在678nm左右，FWHM为25nm；当溶剂的极性增加时(图2c)，NIR-CDs在413nm的激发下于720nm处表现出微弱的比肩发射峰。然而，所制备的NIR-CDs在水中的溶解度较差。另外，在413nm激发下，获得了NIR-CDs在不同含水量下乙醇溶液中的FL发射光谱。NIR-CDs在纯乙醇中的溶液是透明并显示出明显的近红外荧光，而由于聚集引起的猝灭效应(ACQ)，随着水比例的增加，荧光强度逐渐减弱(图2d)。与丙酮或乙醇溶液相比，DMSO溶液中的NIR-CDs表现出相似的荧光现象(图e和f)，这为生物应用提供了可能性。
如图3，为在120℃下不同溶剂热制备的NIR-CDs荧光发光图。在正交试验设计和分析中，相同溶剂下反应制备的碳点的UV-Vis光谱进行对比，发现随着反应温度的不断升高，不同溶剂热反应制备的碳点吸光度均不断增大，且在210℃下，吸收强度均呈现从短波长到长波长范围内的逐渐降低，中间不再有最大吸收峰的出现；尤其以水和冰乙酸做反应溶剂时，在90℃下，其吸收强度就已经呈现从350～800nm范围内逐渐降低。
图4为紫外光下，NIR-CDs(50mg/L)在不同含水量下乙醇溶液中的照片(即不同水/乙醇混合比下的荧光发光图)，其直观地显示了NIR-CDs在乙醇溶液中的近红外荧光随着水的加入而明显降低。这表明NIR-CDs在DMSO中具有相似的性能。
图5为本发明近红外纳米荧光碳点紫外光照射下的图片，可以看出红色荧光均匀分布在乙醇水溶液。
图6为本发明三组膜在白光下的图片，(1)为添加聚乙烯醇和乙醇的膜；(2)为添加聚乙烯醇和近红外荧光纳米碳点的膜；(3)为添加聚乙烯醇、近红外荧光纳米碳点和抗坏血酸的膜。从图中能直接观察到1号膜为透明无色，2号和3号膜为绿色，表明转光膜的颜色近红外纳米碳点胶体物颜色相同。
图7为本发明三组膜在紫外照射下的图片，三组膜分别为(a)为加聚乙烯醇和乙醇在紫外照射下的膜；(b)为加聚乙烯醇和近红外荧光纳米碳点在紫外照射下的膜；(c)为加聚乙烯醇、近红外荧光纳米碳点和抗坏血酸紫外照射下的膜。可以观察到，图7(a)无红色荧光，图7(b)有红色荧光，图7(c)比图7(b)的红色荧光更深，原因是图7(c)加入了抗坏血酸，使碳点荧光不容易猝灭。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种近红外纳米碳点转光膜，其特征在于，包括近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇，所述近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇按质量比计为(0.001-0.005)：(0.0001-0.0005)：0.5。
2.根据权利要求1所述的近红外纳米碳点转光膜，其特征在于，所述近红外纳米荧光碳点由白玉兰叶粉末与有机溶剂通过一步溶剂热法合成。
3.根据权利要求2所述的近红外纳米碳点转光膜，其特征在于，所述白玉兰叶粉末与有机溶剂的质量体积比为1g：10～30mL。
4.根据权利要求3所述的近红外纳米碳点转光膜，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮溶液、无水乙醇或甲醇。
5.根据权利要求1所述的近红外纳米碳点转光膜，其特征在于，所述近红外荧光纳米碳点的紫外吸收波长和激发波长范围分别为380～420和380～410nm，发射峰波长范围为600～700nm。
6.一种权利要求1-5任一项所述的近红外纳米碳点转光膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)近红外纳米荧光碳点合成步骤:将白玉兰叶粉末和有机溶剂混合均匀，转移到不锈钢反应釜中,在温度为100-200℃反应器中恒温加热3-8小时，反应结束后自然冷却，将所得的反应物离心，所得的上层清液使用滤膜过滤，所得滤液通过硅胶柱层析提纯，对提纯后的滤液采用不同体积比的石油醚和乙酸乙酯洗脱剂进行动态洗脱，收集深绿色溶液，减压蒸发，即得到深绿色的胶体产物近红外纳米荧光碳点；
(2)近红外纳米荧光碳点胶体物溶解步骤:将近红外纳米荧光碳点胶体物加入到乙醇与去离子水的比例混合溶液中,超声至胶体物溶解，得到近红外纳米荧光碳点醇溶液；
(3)抗坏血酸溶解步骤:将抗坏血酸加入到去离子水中,超声至固体溶解，得到抗坏血酸溶液；
(4)聚乙烯醇溶解步骤:将聚乙烯醇加入到去离子水中，在反应器中恒温加热至固体融化，将溶液加热蒸发水分，至整体溶液呈粘稠状,得到聚乙烯醇溶液；
(5)复合步骤:将抗坏血酸溶液和近红外纳米荧光碳点醇溶液加入到聚乙烯醇溶液中，持续搅拌，恒温反应5分钟，使抗坏血酸溶液和近红外纳米荧光碳点醇溶液均匀分散在聚乙烯醇溶液中，脱去气泡后，得到均一的复合溶液,所述复合溶液中的近红外纳米荧光碳点、抗坏血酸和聚乙烯醇质量比为(0.001-0.005)：(0.0001-0.0005)：0.5；
(6)固化成膜步骤:将所述复合溶液流延成膜，风干固化成型,得到近红外纳米碳点转光膜。
7.根据权利要求6所述的近红外纳米碳点转光膜的制备方法，其特征在于，所述近红外纳米荧光碳点胶体物溶解步骤中，近红外纳米荧光碳点胶体物、乙醇和去离子水的用量比为4mg:1～5mL:0～4mL。
8.根据权利要求6所述的近红外纳米碳点转光膜的制备方法，其特征在于，所述抗坏血酸溶解步骤中，所述抗坏血酸与去离子水的用量比为10mg：5mL。
9.根据权利要求6所述的近红外纳米碳点转光膜的制备方法，其特征在于，所述石油醚和乙酸乙酯洗脱剂中石油醚和乙酸乙酯的体积比为3:1～1:1。
10.一种权利要求1至5任一项所述的近红外纳米碳点转光膜的应用，其特征在于，所述近红外纳米碳点转光膜用于作物种植或作物育苗中。
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