可用于防晒吸收剂的广谱抗紫外碳点的制备

doi:10.7503/cjcu20240313

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 20240313.doi: 10.7503/cjcu20240313

可用于防晒吸收剂的广谱抗紫外碳点的制备

陈奇丹¹^,²(), 陈冠吉¹^,², 游善媚¹, 臧欣瑶¹^,², 杨柏²^,³()

^1.珠海科技学院生命科学学院，珠海 519041
^2.吉林大学珠海研究院，珠海 519041
^3.吉林大学化学学院，超分子结构与材料国家重点实验室，长春 130012

收稿日期:2024-06-26 出版日期:2025-06-10 发布日期:2024-08-02
通讯作者: 陈奇丹 E-mail:qidanchen@jlu.edu.cn;byangchem@jlu.edu.cn
作者简介:杨柏，男，博士，教授，主要从事碳化聚合物点功能材料方面的研究. E-mail： byangchem@jlu.edu.cn
基金资助:
广东省普通高校重点领域专项基金(2020ZDZX2036);珠海市基础与应用基础课题研究项目(ZH22017003200015PWC);珠海科技学院三个层次人才建设工程资助

Preparation of Broad-spectrum UV Protection Carbon Dots for the Application of Sunscreen Absorber

CHEN Qidan¹^,²(), CHEN Guanji¹^,², YOU Shanmei¹, ZANG Xinyao¹^,², YANG Bai²^,³()

^1.School of Life Sciences，College of Zhuhai Science and Technology，Zhuhai 519041，China
^2.Zhuhai Institute，Jilin University，Zhuhai 519041，China
^3.State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials，College of Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China

Received:2024-06-26 Online:2025-06-10 Published:2024-08-02
Contact: CHEN Qidan E-mail:qidanchen@jlu.edu.cn;byangchem@jlu.edu.cn
Supported by:
the Guangdong Special Foundation for the Major Program of Higher Education, China(2020ZDZX2036);the Zhuhai Basic and Applied Basic Research Foundation, China(ZH22017003200015PWC);the Three Levels of Talent Project of Zhuhai College of Science and Technology, China

摘要/Abstract

摘要：

防晒吸收剂是防晒产品中的关键物质，是吸收紫外线的有效成分. 然而，传统的有机和无机吸收剂都存在未知的人体健康及环境危害、稳定性和水溶性差以及紫外吸收波长范围较窄等问题，因此，研发环境友好的广谱抗紫外防晒吸收剂材料对于防晒产品的开发具有重要意义. 碳点材料因其化学稳定性好、光学性能优异、制备方法简单、成本低及环境友好等优点而展示出良好的应用前景. 本文首先以盐酸多巴胺及邻苯二胺、柠檬酸及尿素为原料，通过简单水热法制备并提纯出UVB和UVA吸收碳点材料(分别命名为 O-CDs和A-CDs)，并利用X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等分析方法表征了其组成和形貌结构，通过紫外吸收光谱(UV)和荧光光谱测试了其光学性能. 研究结果表明，将O-CDs和A-CDs以最佳质量比1∶1.5混合，可制成广谱抗紫外碳点防晒吸收剂材料（命名为B-CDs）. 将B-CDs作为有效防晒吸收剂成分制备了可顺滑书写的墨水添加剂，并测试了其一定周期内(120 h)的抗紫外光稳定性. 结果表明，所制备的碳点作为防晒墨水成分具有抗紫外辐射效果显著、稳定性好的优点，说明碳点材料作为广谱防晒吸收剂在防晒产品中的应用具有可行性.

关键词: 碳点, 广谱抗紫外, 防晒吸收剂

Abstract:

Sunscreen absorber， the basic ultraviolet（UV） protection additives that absorb UV rays， is the active ingredient in sunscreen products. However， traditional sunscreen absorbers are known as organic and inorganic chemicals which have problems such as unknown toxicity for human health and environment， instability， poor water solubility， and a narrow range of UV absorption， the study of eco-friendly broad-spectrum sunscreen absorber materials is important for the application of sunscreen products. In recent years， carbon dots have shown good properties in the application of UV absorbers due to their chemistry stability， eco-friendly， excellent UV absorption efficiency. In this study， two kinds of carbon dots（named O-CDs and A-CDs， respectively） were prepared from dopamine hydrochloride and o-phenylenediamine， citric acid and urea independently by simple one-pot hydrothermal synthesis method， purified by column chromatography and then characterized by X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）， transmission electron microscopy（TEM）， X-ray diffraction（XRD）， Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）， Ultraviolet-visible spectroscopy（UV-Vis）， and fluorescence spectroscopy. The results showed that a broad-spectrum UV protection material named as B-CDs was developed by mixing O-CDs and A-CDs with the optimized mass ratio of 1∶1.5. In addition， the B-CDs were added as a broad-spectrum UV absorber to polyvinyl alcohol（PVA） solution to prepare the UV protection calligraphy ink， and the sunscreen effect stability of the ink was tested in a certain period（120 h）. The results indicated that the broad-spectrum carbon dots UV absorber is high- efficiency and stable， and carbon dots have the potential to be used as ideal photostable broad-spectrum UV absorber additives for sunscreen products.

Key words: Carbon dots, Broad-spectrum UV protection, Sunscreen absorber

中图分类号:

O631

TrendMD:

陈奇丹, 陈冠吉, 游善媚, 臧欣瑶, 杨柏. 可用于防晒吸收剂的广谱抗紫外碳点的制备. 高等学校化学学报, 2025, 46(6): 20240313.

CHEN Qidan, CHEN Guanji, YOU Shanmei, ZANG Xinyao, YANG Bai. Preparation of Broad-spectrum UV Protection Carbon Dots for the Application of Sunscreen Absorber. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240313.

图/表 10

Fig.1 UV⁃Vis absorption spectra of O⁃CDs, R⁃CDs and Y⁃CDs(A), fluorescence spectra(B) and FTIR spectrum(C) of O⁃CDsInsets：（A） photos of O-CDs， R-CDs and Y-CDs（from left to right） under 365 nm UV light；（B） photos of O-CDs under visible light（left） and 365 nm UV light（right）.

Fig.2 Survey XPS spectrum(A) and C1s (B), N1s (C) and O1s (D) high resolution XPS spectra and fitting results of O⁃CDs

Fig.3 TEM and HRTEM(inset) images(A), size distribution histogram with Gaussian fitting curve(B) and XRD pattern(C) of O⁃CDs

Fig.4 UV⁃Vis absorption spectrum(A), fluorescence spectra(B) and FTIR spectrum(C) of A⁃CDsThe insets are photos of A-CDs under visible light（left） and 365 nm UV light（right）， respectively.

Fig.5 Survey XPS spectrum(A) and C1s (B), N1s (C), and O1s (D) high resolution XPS spectra and fitting results of A⁃CDs

Fig.6 TEM image(A), size distribution histogram with Gaussian fitting curve(B) and XRD pattern(C) of A⁃CDsInset of （A）： HRTEM image.

Fig.7 UV absorption spectra of B⁃CDs with different m(O⁃CDs)∶m(A⁃CDs) ratios(A) and photos of B⁃CDs aqueous solution with different m(O⁃CDs)∶m(A⁃CDs) ratios under 365 nm UV light(B)

Fig.8 UV absorption spectra(A) and UV transmission spectra(B) of B⁃CDs@PVA ink with different contents of B⁃CDs in 30 mL 0.05 g/mL PVA solution

Fig.9 Photos of B⁃CDs@PVA ink under 340 nm UV lamp irradiation for different time

Fig.10 UV absorption(A, C) and transmittance(B, D) spectra of B⁃CDs@PVA ink under 340 nm(A, B) and 295 nm(C, D) UV lamp for 0—120 hInsets： stability of the absorption（A， C） and transmittance peak（B， D） under irradiation of a 340 nm UV lamp（A， B） and a 295 nm UV lamp（C， D）.

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