水热炭化制备碳量子点及其应用

碳量子点作为新兴的“零维”碳纳米材料引起人们广泛的关注。水热炭化法是目前为止应用最广泛的碳量子点合成方法之一。水热炭化合成碳量子点取材广泛、过程简单,其最大的特点是合成的碳量子点表面含有丰富的含氧官能团,水溶性优异,在制备过程中即可对碳量子点进行表面功能化改性。此外,水热法合成的碳量子点具有石墨或无定形结构的碳核。水热碳量子点的结构和性质主要受原料种类及制备条件（水热炭化温度、时间及化学添加剂）的影响,产物在光催化技术、分析检测、活体成像和细胞标记、发光二极管（LED）及药物输送等领域展示出较好应用效果。本文综述了水热碳量子点的制备、性质、形成机理（包括原料的脱水、聚合、炭化及钝化过程）及发光机理（表面缺陷态效应和量子尺寸效应）,并对水热碳量子点的应用进行了总结。最后,对水热碳量子点发展过程中尚待解决的问题进行总结,对其未来的发展方向进行了展望。     

碳点的设计合成、结构调控及应用

碳点是一类环境友好且性能独特的纳米粒子, 在光电转换、 生物医学、 催化及储能等领域的研究日益活跃. 碳点主要分为碳量子点(CQDs)、 石墨烯量子点(GQDs)和碳化聚合物点(CPDs), 其中CPDs作为一种新型碳点, 具有合成原料广泛、 碳化程度及共轭结构可调且材料相容性好等优点. 本文综合评述了近年来碳点尤其是CPDs的合成方法; 阐述了通过选择前驱体分子、 控制反应条件及掺杂原子等手段实现对其碳化和共轭程度、 晶格和能级结构的调控, 从而建立碳点及其杂化与复合材料微纳结构与性能之间的关系; 最后, 介绍了碳点在生物标记与成像、 光(电)催化、 光电转换及储能等领域的应用, 并对碳点领域的发展前景进行了展望.     

发光碳量子点的合成、性质和应用

基于碳量子点具有良好的水溶性、化学惰性、低毒性、易于功能化和抗光漂白性等优异性能,碳量子点和其它的碳纳米材料（如富勒烯、碳纳米管和石墨烯等）同样引起了研究者广泛的关注。 碳量子点可以通过很多较为廉价的一步法进行大规模的制备,包括化学氧化法、超声法、微波法和激光烧蚀法等。 本文主要介绍了不同碳量子点的合成方法,以及依赖于碳量子点尺寸和波长等性质的发光性能,并且讨论了碳量子点在生物成像、光催化、能量转换/储存、光电子、光限幅和传感器等方面的应用。     

碳点的性质及其在化学发光分析中的研究进展

碳点是一种新型的荧光碳纳米颗粒,与传统的半导体量子点相比,碳点具有毒性低、生物相容性好、原料丰富廉价、光稳定性好等特点,得到引了化学、材料和生物等各领域科学家的高度关注。 本文介绍了碳点的基本概念和性质、探讨了碳点在化学发光领域的应用研究进展并进行了展望。     

基于碳量子点的绿色合成及生物成像研究进展EI北大核心CSCD

碳量子点(CQDs)作为碳纳米材料家族成员之一,因其原材料广、成本低廉、较高的光致发光性能和良好的生物相容性,在研究和应用领域都受到了广泛的关注,是应用于生物成像的理想材料。CQDs的绿色合成是指采用环保型或无毒型原料,通过绿色合成方法,如炭化法、微波法、水热法等,合成具有荧光性能的无毒碳量子点,与传统的化学氧化、激光烧蚀、热解处理等方法相比,更加绿色环保、经济,其应用已成为研究热点。本文对碳量子点材料特性、绿色合成过程机理、绿色合成原料来源、合成方法,及其在癌细胞、微生物细胞等细胞成像方面的应用进行了综述,探讨了绿色合成CQDs的利弊问题,并提出了今后该研究领域面临的机遇与挑战。     

温敏性碳量子点的快速制备、荧光性质及细胞成像应用

以草酸和尿素为碳源,超纯水为溶剂,采用微波方法快速合成了具有热敏性的氮掺杂碳量子点,对其形貌、结构、荧光性质和荧光强度的影响因素,以及细胞毒性进行了测试和讨论,并用于小鼠结肠癌细胞(CT26.WT)成像。结果表明,制备的碳量子点近似球形,粒径约3.8 nm。碳量子点具有良好的温度响应的荧光性质。在10~80℃温度范围内,相对荧光强度与温度之间存在良好的线性关系。随着温度的增加,碳量子点的荧光强度减小,温度从10℃升至80℃,相对荧光强度减少了25%,当温度反向降低时,其荧光强度恢复到原始值。碳量子点温度与荧光强度之间的线性关系,使之在温度响应的荧光传感领域具有潜在的应用价值。对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率,当草酸和尿素质量比为3∶1时,荧光量子产率最高,为9.5%。另外,合成的碳量子点还具有优异的抗盐性能、强稳定性等特点,不仅能有效被CT26.WT细胞吞噬,还显示出低毒性和生物相容性,MTT分析结果表明,在1 000μg·mL~(-1)的碳量子点存在下,CT26.WT细胞存活率达85%,荧光碳量子点有望作为温敏性的荧光纳米探针在细胞研究领域得到应用。     

基于Cite Space的碳量子点研究热点及趋势可视化分析

利用Cite Space软件梳理了碳量子点领域1998～2021年期间3465篇文献的主要研究信息（国家、机构、作者）,归纳了该领域的研究主题及热点。碳量子点作为一种具有良好荧光性能的碳纳米材料,在荧光检测、传感器、光催化降解等方面得到广泛应用。2011～2021年,碳量子点领域研究呈现高速发展态势。中国科学院、苏州大学及江苏大学等机构的学者在该领域的学术研究十分活跃。该领域的研究主题及热点呈现阶段性特点,2003～2007年,研究主题是碳量子点合成,研究热点是碳量子点的反应活性和转化率;2008～2012年,研究主题是碳量子点合成及发光机理,研究热点是碳量子点的光致发光机理和光催化降解;2013～2017年,研究主题是碳量子点绿色合成和传感器应用,研究热点是碳量子点传感器和检测应用;2018年至今,研究主题是碳量子点传感器以及复合碳量子点材料对有机污染物的光催化降解性能,研究热点是碳量子点在生物传感器,生物检测等领域的应用开发。     

量子点在法庭科学手印显现中的研究进展

随着纳米技术的进步,纳米颗粒正在被逐步应用到法庭科学领域的手印检验之中。近年来,半导体量子点因其良好的荧光特性而备受国内外法庭科学家的推崇,但大多数半导体量子点具有毒性,且会对环境造成污染,这些问题制约了半导体量子点在法庭科学领域中的应用。与传统有机染料和金属内核的半导体量子点相比,碳量子点具有毒性低、污染小、生物相容性优异的特点,现已应用于医学、生物、化学等多个领域。本文综述了半导体量子点在手印显现中的应用,介绍了碳量子点的研究进展,并指出碳量子点显现手印是今后法庭科学领域的重要研究方向。     

碳量子点的制备、性质及应用

碳量子点作为一种新型零维碳纳米材料,由于其独特的光致发光性质、良好的光诱导电荷转移性质、高化学稳定性、良好亲水性、低毒性、良好生物相容性、高耐光性,在光催化、药物载体、光电子器件、生物成像、离子检测等领域展现了巨大的应用前景,近年来引起了人们的广泛关注.文中详细介绍了碳量子点的制备、性质及应用的研究进展,并对其未来的研究方向进行了展望.     

发光碳量子点的合成及应用

碳元素是地球上所有已知生命的基础.由于其具有多样的电子轨道特性(sp、sp²、sp³),因此形成许多结构和性质奇特的物质.碳量子点是2004年发现的一种新型碳材料,相对于传统的半导体量子点和有机染料,这位碳家族中的新成员不仅保持了碳材料毒性小、生物相容性好等优点,而且还拥有发光范围可调、双光子吸收截面大、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化、价廉、易大规模合成等无可比拟的优势.虽然在某些性能方面,稀土荧光纳米颗粒可以与之媲美,但是稀土元素昂贵的价格极大地限制了其在实际生产中的应用.因此,对碳量子点这一新兴领域的研究必将对材料科学的发展产生重大影响,它也会为碳家族赢得更多的荣耀.本论文的主要工作是建立了一步合成高荧光量子效率碳量子点的合成方法;对碳量子点的表面进行功能化;制备了碳量子点薄膜、块体和流体材料。     

基于聚乙烯醇聚合物点制备荧光纳米复合材料

近年来, 由于聚合物点(PDs)具有良好的荧光性质和光收集能力, 受到了人们广泛的关注, 应用在生物成像和检测等领域. 然而, 目前报道的聚合物点大多数是指共轭聚合物经过组装、固定形成的, 因此聚合物点保持着形成之前的共轭聚合物的相关性质, 且具有更好的稳定性和进一步功能化的能力. 本文中我们研究的聚合物点是指从非共轭线性聚合物为原料而制备的聚合物点, 这类聚合物包括聚环氧乙烯, 多糖等. 聚合物点不仅包含使其具有荧光的碳化中心, 还具有外围的聚合物链结构. 因此, 可以拓展应用聚合物点的聚合物特性. 我们利用PDs的荧光中心和外围的聚合物链双功能性质, 详细研究了基于PDs制备功能性纳米复合材料体系. 首先, 我们原位制备了聚乙烯醇/PDs纳米复合膜材料(PDs是直接通过聚乙烯醇可控碳化而产生的). 复合材料不仅保持了PDs的荧光特性, 还保持了聚乙烯醇易加工的特性, 如可以制备成纳米复合膜材料, PDs含量可以根据需要调控: 0, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%. 纳米复合膜材料在不同激发光下具有多颜色发光性质. 进一步的, 我们验证了PDs水溶液可以和很多其他水溶性聚合物, 石墨烯量子点或半导体量子点实现共混, 从而制备双功能性纳米复合材料.     

InAs量子点光致发光效率的研究

利用分子束外延技术制得InAs量子点样品,采用分光光度法对样品的光致发光效率进行研究.发现在InAs层和GaAs覆盖层之间插入隧道阻挡层,当激发功率密度为60W/cm²时,InAs量子点发射强度的增加量超过一个数量级.这种光复合效率的增强是由于浸润层中的非辐射跃迁受到了抑制所致.     

近红外量子点的研究进展

量子点具有优异的光学性能及丰富的表面化学性质,在生物医学分析领域具有较好应用前景。近红外窗口生物成像所具有的背景干扰小、穿透深度大等特点,使得近红外量子点在生物成像应用中更具优势。本文介绍了近红外量子点从早期含Cd、含Pb量子点到近年来新型无Cd、无Pb量子点的发展历程,以及其在生物医学成像领域的应用,着重介绍了新型低毒性近红外量子点的研究进展。     

碳量子点的合成与应用

近年来,由于碳纳米材料具有高的催化活性以及好的稳定性等优点,其在科学、工程以及商业领域都得到了广泛的应用。其中新型"零维"碳纳米材料--碳量子点(carbon dots, CDs)具有荧光信号稳定、无光闪烁、激发波长和发射波长可调控等独特的光学性质,以及生物毒性小和生物相容性好等优势,逐渐成为碳纳米材料的研究热点,广泛应用于生物成像、生物细胞标记、传感器、光催化、太阳能电池以及发光元件等领域。本文主要综述了CDs的不同合成方法(包括自上而下法和自下而上法)及其应用。     

Luminescent Sensing with Quantum Dots

Summary This review highlights recent advances in the use of quantum dots (QD’s) as luminescent sensors. The bulk of the study concentrates on systems that possess organic ligands bound to the surface of QD’s. These ligands vary from low molecular weight thiols to larger molecules such as maltose binding protein. All have one thing in common: when a target analyte binds to the ligand/receptor, a perturbation of the system occurs, that registers itself as a change in the luminescence intensity of the QD. Two main mechanisms are prevalent in controlling the luminescent intensity in such systems. The first is Photoinduced Electron Transfer (PET) and the second energy transfer. This review looks at current sensors that operate by using these mechanisms. Two component systems are also investigated where a quencher is first added to a solution of the QD, followed by addition of the target analyte that interacts with the quencher to influence the luminescence intensity.     

Quantum Dots for Display Applications

This article offers a materials-chemistry perspective for colloidal quantum dots (QDs) in the field of display, including QD-enhanced liquid-crystal-display (QD-LCD) and QD-based light-emitting-diodes (QLEDs) display. The rapid successes of QDs for display in the past five years are not accidental but have a deep root in both maturity of their synthetic chemistry and their unique chemical, optical, and optoelectronic properties. This article intends to discuss the natural match of QD emitters for display and chemical means to eventually bring about their full potential.     

Self-Organization of PbS into Quantum Dots Superlattices

Orderedcolloidsor"colloidalcrystals",whichhavelong-rangespatialordef,havebeeninvestigatedextensively,andstillremainanactiveareaofresearchI.Selforganizationisageneralphenomenonofcolloidaldispersionswherecontroloverparticlesizeandstabilizationhasbeenachieved.Selforganizationrequiresonlyahard-sphererepulsion,acontro1ledsizedistribution,theinherentVanderWaaIsattractionbetWeenparticles,andameansofgentlydestabilizingthedispersion.Theinherenttendencyformonodisperselyophobiccolloidstoselforganizepro…     

水热法合成巯基乙胺稳定的CdTe量子点

提出了一种以水热法合成巯基乙胺稳定的CdTe量子点的简单制备路线. 在优化的反应条件下, 产物的荧光量子效率最高达到19.7%, 接近已报道的其它方法的2倍. 考察了反应条件对产物的荧光性能的影响及产物在不同pH溶液中的稳定性.