氮掺杂碳点的合成与应用

碳纳米点(碳点)是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

2019年5期 电子期刊

碳纳米点（碳点）是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

氮掺杂发光碳纳米点的研究探索

采用微波法制备了氮掺杂碳纳米点。通过调控碳纳米点中氮元素的掺杂含量和表面的化学环境,实现了对碳纳米点发光特性的调控。在此基础上,可实现完全基于氮掺杂碳纳米点的荧光墨水、比率型荧光探针及光泵浦激光。研究目的在于探索氮掺杂碳纳米点的发光机理,揭示影响碳纳米点荧光量子效率的因素及其在生物成像、传感、防伪、信息存储、激光等领域的应用。     

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23 000 cd/m~2。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m~2。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。     

发光碳纳米点的带隙调控及应用

碳点作为一种新型的碳基荧光纳米粒子由于其可调谐发光、高光稳定性、生物相容性和低成本等独特优势而引起了很多关注。在过去的十几年中,碳点的制备和应用取得了巨大进展。然而,由于前体和合成方法的多样性,碳点的光致发光机理具有很大争议。现在人们普遍认为,碳点的光致发光源于电子在带隙的跃迁,并将荧光起源分别归结为碳核跃迁(π-π~*)、表面态跃迁(n-π~*)以及分子荧光团等。本文总结了碳点发光起源的几种可能和机制,分别讨论了通过调控碳点粒径以及进行表面工程处理的方法来实现碳纳米点带隙可调控的高效发光。介绍了通过表面工程、元素掺杂等手段提升碳纳米点光致发光量子产率及其在光电器件、信息存储、生物成像、光热治疗以及光动力治疗中的应用。     

氮掺杂碳纳米点的研究进展

碳纳米点由于具有独特的发光特性、良好的生物相容性、低毒性、良好的光稳定性等特性在近年来被广泛关注。这些特性使其在光电器件、可见光通讯、肿瘤治疗、生物成像等领域拥有潜在的应用价值。受到原料和合成方法的影响,碳纳米点材料体系多种多样。本文将系统地综述本课题组近年来以柠檬酸和尿素为主要原料合成的氮掺杂碳纳米点及其物理化学性质,探讨碳纳米点能带调控的方法及原理,并介绍碳纳米点的应用研究进展。     

荧光碳点的制备、发光机理及应用

碳点合成原料来源广泛,发光性能可调,生物相容性良好,在生物成像、离子检测、发光材料等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了碳点的制备方法、发光原理以及应用,重点介绍了碳点的制备方法,总结了近年来碳点在催化、生物成像等领域的最新进展;指出未来研究中需要进一步对碳点的合成进行优化,深入探究碳点的发光机理;制备发光波长可调、尺寸可调的碳点,对其在发光器件、生物成像、传感等领域的应用具有重要意义。     

氮硫共掺杂荧光碳点的光热效应研究

碳点具有合成简单、光学性能良好、生物相容性优异以及制备成本低廉等优点。本工作以柠檬酸为碳源,硫脲为氮源和硫源,用溶剂热法合成了氮硫共掺杂碳点。制备的碳点具有蓝色荧光,且展现出高的光热转换能力,其光热转换效率达40.86%,可同时作为光敏剂和光热剂使用。     

碳点在生物医学领域中的应用

碳点作为新兴的碳纳米材料之一,由于具有低细胞毒性、强亲水性、良好的生物相容性、优异的光稳定性、可调的发光和易于修饰等独特的理化特性,在生物医学领域具有广泛的应用前景。本综述主要阐述了碳点在生物成像、药物/染料/蛋白/基因的递送和癌症诊断治疗等方面的应用,并探讨了其在生物医学领域应用的当前挑战和未来前景。     

一步合成硫、氮共掺杂的碳量子点及其在Fe~(3+)检测中的应用

碳量子点的光致发光性质不仅决定于尺寸还依赖于它的表面态,因此通过在碳量子点表面掺杂或嫁接不同元素与基团有望调节它的荧光发射行为。为了研究多种元素掺杂对碳量子点发光性质的影响,本文以对氨基苯磺酸为原料,通过水热法一步合成了氮、硫共掺杂的碳量子点。实验结果表明:制备的碳量子点尺寸分布均匀,氮、硫分别以氨基和磺酸基团的形式存在于碳量子点的表面。与已有的报道不同,碳量子点展现出了非激发波长依赖的蓝光发射行为,三价铁离子可有效猝灭其荧光,铁离子浓度在0~10-3mol·L-1范围内与碳量子点的荧光猝灭程度呈现良好的线性关系,检出限约为10-7mol·L-1。制备的碳量子点对三价铁离子具有高选择性、高灵敏性以及较好的抗干扰能力,能作为三价铁离子检测的传感器。     

碳点在鲁米诺和草酸酯化学发光体系中的研究进展

作为一种无需光、热、声、电、磁激发的自发光现象,化学发光已经在化学分析检测、冷光源、生物成像等领域得到了广泛应用。对于多数化学发光体系而言,其化学发光性质不仅取决于化学反应的底物,更与化学反应中使用的催化剂和发光中间体相关。碳点是一种新型的零维发光碳纳米材料,以其优异的物理化学性质和丰富的结构形貌已在各种化学发光体系中获得了广泛的应用。本文主要从鲁米诺和过氧草酸酯两种常见化学发光体系出发,总结了碳点在鲁米诺和过氧草酸酯化学发光体系中的相关研究进展,探讨了碳点在鲁米诺和过氧草酸酯基化学发光中可能存在的作用机制,以及碳点在鲁米诺和过氧草酸酯化学发光体系中的相关应用。为合成具有特定化学发光性能的纳米材料提供思路,有望推动化学发光纳米材料的进一步发展。     

抗聚集诱导荧光猝灭的固态发光碳纳米点:制备、光物理性质及应用

碳点由于其低毒性、易制备、良好的光稳定性及可调的发光等特性有望成为一类理想的新型固态发光材料。然而,由于聚集诱导荧光猝灭(ACQ)效应的存在,使得碳点在固态发光领域的发展受到了限制,因此制备具有抗ACQ效应的固态发光碳点是碳点研究领域的一个重要方向。本文根据固态发光碳点研究的最新进展,从碳核、表面态调控、超分子及聚合物交联增强发光方面分类总结了具有抗ACQ效应固态发光碳点的制备方法及光物理性质,探讨了其实现固态发光的物理机制。此外,还介绍了该类碳点在固态发光领域的应用进展,并对固态发光碳点的发展现状和所面临的问题进行了讨论。     

荧光光谱研究不同碳化程度的碳点抗光漂白性

碳点是一种新型荧光纳米材料,因其生物相容性好、发光效率高而被人们所熟知,是可以替代量子点的良好候选者。其独特的发光机理也是大家探究的热门内容。利用特定波长的激光漂白了不同碳化程度的碳点,探究了碳点的碳化程度与发射波长及抗光漂白稳定性的关系,为设计合成具有抗漂白稳定性能力的碳点提供了基础。     

近红外量子点的发光机理研究

近红外量子点具有独特的光学性质,如荧光量子产率高,荧光寿命长,荧光发射波长可调,半峰宽窄且斯托克斯位移较大,耐光漂白能力强等, 及“近红外生物窗口”的优势,使它们在生物荧光标记、太阳能电池、量子化计算、光催化、化学分析、食品检测及活体成像等领域具有巨大的潜在应用价值。目前对近红外量子点的发光机理研究还不够完善,针对国内外的研究现状,重点对核/壳结构的量子点(CdTe/CdSe,CdSe/CdTe/ZnSe等)、三元量子点(Cu-In-Se,CuInS₂等)和掺杂型量子点(Cu∶InP等)三种不同类型近红外量子点的发光机理进行了综述。其中,Type-Ⅱ型核/壳结构量子点的发光机理多为带间复合发光,三元量子点以本征缺陷型发光为主,掺杂型量子点多为杂质缺陷型发光。探讨了近红外量子点发光原理存在的问题及发展的方向。对近红外量子点的发光机理进行系统地研究不仅有助于我们理解近红外量子点的发光性质,而且对完善相似高品质量子点的合成方法具有重要意义。     

荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展

碳量子点是一类具有优异的荧光性能和高生物相容性的纳米材料,在很多领域有广泛的应用,是目前研究的热点材料。本文介绍了碳量子点不同的合成方法,以及碳量子点的荧光、化学发光、电化学发光、类过氧化物酶的活性及毒性等性能的最新研究进展。此外,还对碳量子点在生物传感、生物成像及药物传递等生物医学应用进行了概述。     

红光/近红外光响应碳点在肿瘤治疗中的应用进展

碳点作为一种新型碳纳米材料,具有优异的光学特性、良好的生物相容性以及催化活性,在生物医学、能源、环境等领域展现出巨大的应用潜力。红光/近红外光响应碳点具有组织穿透深度大、生物体自发光干扰较小、对组织损伤小等优点,在生物医学研究领域倍受关注。本文首先介绍了影响碳点吸收/发光的因素,随后评述了近几年红光/近红外光响应碳点在肿瘤治疗中的新进展,主要包括光动力治疗、光热治疗、光动力/光热协同治疗等。同时,针对肿瘤微环境的特点,介绍了微环境响应型碳点及其在肿瘤治疗中的应用研究进展。最后,对碳点在肿瘤治疗领域存在的挑战进行了展望。     

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光是近年来开展起来的新的研究领域.在GaAs,InP和GaP等材料中,用离子注入、LPE、MBE、MOCVD以及单晶生长等方法掺杂Er、Yb和Nd等稀土离子,得到了尖锐稀土离子的特征发光.这些发光来自占据正常立方格点和非立方格点的稀土离子的内部4f能级跃迁,其发光行为与掺杂条件关系很大.这种稀土一半导体材料已开始用来制备具有稳定发射波长的发光和激光器件.     

微波水热法制备Gd3+掺杂的碳量子点型高性能磁共振-荧光双模态分子影像探针

以同时提供钆源和碳源的钆喷酸单葡甲胺为前驱体,利用微波作为加热手段实现分子水平上的搅拌,达到低温、短时间内制得均匀的小粒度Gd³⁺掺杂碳量子点(Gd³⁺/CQDs-MH)的目的。当前驱体在250 ℃下微波水热反应45 min时,获得的Gd³⁺/CQDs-MH表现出较高的量子产率和极强的磁共振性能,避免了传统加热方式对碳量子点的发光能力和弛豫性能极难同时提高的矛盾。该条件下合成出尺寸约1.0 nm的碳量子点,其荧光量子产率为11.0%,Gd³⁺的掺杂质量分数达16.9%,纵向弛豫性能高达4 545.3 mmol^-1·L·s^-1 ([Gd³⁺]=0.01 mmol·L^-1)。并且,该碳量子点对HeLa细胞无明显毒性,有望用作高弛豫性能和高发光性能的磁共振-荧光双模态探针。     

Mn掺杂Zn-In-S量子点的制备及发光性质研究

制备了Mn掺杂Zn-In-S量子点并研究了Zn/In的量比和反应温度对其发光性质的影响。在Mn掺杂的Zn-In-S量子点的发光谱中观测到一个600 nm发光带。通过改变Zn/In的量比,掺杂量子点的吸收带隙可从3.76 e V(330 nm)调谐到2.82 e V(440 nm),但600 nm发光峰的波长只有略微移动。这些掺杂量子点的最长荧光寿命为2.14 ms。当反应温度从200℃增加到230℃时,掺杂量子点的发光强度增加并达到最大值;而继续升高温度至260℃时,发光强度迅速减弱。此外,测量了Mn掺杂Zn-In-S量子点的变温发光光谱。发现随着温度的升高,发光峰位发生蓝移,发光强度明显下降。分析认为,Mn掺杂Zn-In-S量子点的600 nm发光来自于Mn2+离子的4T1和6A1之间的辐射复合。     

生物基碳点制备及其在LED器件上的应用

以大麦苗为碳源,采用一锅热解法成功获得碳点(CDs),并对其硼、氮及混合掺杂体系进行了研究。该类型碳点在水溶液中表现出很强的紫外光区宽带吸收,并产生独特的近紫外光和蓝光双发射光学特性;单掺硼及硼氮共掺的CDs粉体表现出良好的固体发光特性,在蓝光区具有较强激发并产生明亮的绿光发射。将这两种CDs作为荧光粉与蓝光GaN芯片结合,制作出LED器件,表现出良好的发光性能。通过K_2SiF_6∶Mn~(4+)红粉的引入可得到高效、高显色性的白光LED。