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。     

核壳型ZnS∶Cu/ZnS量子点的制备及发光性质

本文采用水相合成方法制备了ZnS∶Cu量子点并进行了ZnS壳层修饰,研究了壳层厚度对ZnS∶Cu量子点光学性质的影响,采用TEM、XRD、PL、PLE和UV-Vis等测试方法对其进行了表征。实验结果表明,合成的ZnS∶Cu/ZnS量子点为立方闪锌矿,尺寸分布均匀呈球形,分散性良好,经过壳层修饰平均粒径由2 nm增加到3.2 nm。随着ZnS壳与ZnS核量的比的增加,量子点的PLE激发峰位置和UV-Vis吸收谱线出现红移,也说明了量子点的尺寸增大,证明ZnS在ZnS∶Cu量子点的表面生长,形成了核壳结构的ZnS∶Cu/ZnS量子点。随着壳层增厚,量子点与铜离子发光中心相关的发射峰强度先增大后减小,当壳核比n_s/n_c=2.5时,发光强度达到最大。     

脉冲激光原位辐照对InAs/GaAs(001)量子点生长的影响

在InAs/GaAs(001)量子点生长过程中, 当InAs沉积量为0.9 ML时, 利用紫外纳秒脉冲激光辐照浸润层表面, 由于高温下In原子的不稳定性, 激光诱导的原子脱附效应被放大, 样品表面出现了原子层移除和纳米孔. 原子力显微镜测试表明纳米孔呈现以[110]方向为长轴(尺寸: 20-50 nm)、[110]方向为短轴(尺寸: 15-40 nm)的表面椭圆开口形状, 孔的深度为0.5-3 nm. 纳米孔的密度与脉冲激光的能量密度正相关. 脉冲激光的辐照对量子点生长产生了显著的影响: 一方面由于纳米孔的表面自由能低, 沉积的InAs优先迁移到孔内, 纳米孔成为量子点优先成核的位置; 另一方面, 孔外的区域因为In原子的脱附, 量子点的成核被抑制. 由于带有纳米孔的浸润层表面具有类似于传统微纳加工技术制备的图形衬底对量子点选择性生长的功能, 该研究为量子点的可控生长提供了一种新的思路.     

超声法制备碳量子点发光性能的影响因素分析

超声法制备碳量子点过程简单,成本低廉,不易产生二次污染,应用前景广泛。为优化超声法制备碳量子点的各工艺参数,制备了关键工艺参数不同的碳量子点样品,测试其发射与激发光谱,分析了量子点浓度,溶剂种类,辅助剂种类、浓度,超声功率、时间等参数对碳量子点发光性能影响。结果表明超声法制备的碳量子点具有激发光波长依赖性,发射峰位置随激发波长的变化而发生明显改变;碳量子点浓度增加,发光强度由于非辐射能量传递和团聚作用,先增大后减小;由于溶剂效应,碳量子点在乙醇中比在水中发光强度更强,波长更短,且浓度越大时波峰移动越明显;相比盐酸,以NaOH为辅助剂制备的碳量子点表面钝化程度高,发光强度强;增加辅助剂NaOH浓度可提高量子点表面钝化程度,增大发光强度;同等时间下增加超声功率或同等功率下适量增加超声时间,可制备更多的碳量子点样品,但超声时间过长,碳量子点容易发生团聚猝灭现象。以上影响因素分析为超声法制备碳量子点的工艺参数优化提供了理论基础,有利于碳量子点大规模低成本的生产应用。     

PbSe量子点调控的聚合物太阳能电池性能

为提升聚合物太阳能电池的光电转换效率,在有源层中掺杂PbSe量子点,研究对电池性能的影响。首先采用热化学法制备PbSe量子点,通过改变油酸的添加量及反应时间,调控PbSe量子点的尺寸及结晶性。通过透射电子显微镜和X射线衍射,对量子点进行表征,确定最佳反应条件。然后将不同质量分数的PbSe量子点掺杂至结构为ITO/ZnO/PTB7∶PC_(71)BM/MoO_3/Ag的聚合物太阳能电池中,通过J-V性能测试和紫外吸收光谱测试,分析了PbSe量子点对电池的影响机理。实验结果表明,当PbO与OA的量比为1∶2、反应时间为3 min时,可得到尺寸均匀分布在3～7 nm之间、结晶性较好的量子点,掺杂量子点质量分数为3%时,短路电流密度提升了8.37%,光电转换效率提升了37.41%,有效提升了聚合物太阳能电池的性能。     

温度对GaSb/GaAs量子点尺寸分布的影响

采用低压金属有机物化学气相沉积 (LP-MOCVD) 法制备GaSb/GaAs量子点。通过对不同生长温度的样品进行分析发现温度的变化对GaSb/GaAs量子点的相位角无明显影响,量子点的形状是透镜型。由于量子点特殊的应力分布,可实现量子点的"自限制"生长。量子点的化学势不连续性以及Ostwald熟化机制的影响使得量子点尺寸分布在一定范围内不连续,会出现两种尺寸模式的量子点生长。Sb原子的表面迁移率对GaSb/GaAs量子点生长有较大的影响。升高温度可有效改善量子点的分立性,在升温过程中量子点体现出其熟化过程,高温时表面原子的解析附作用对量子点尺寸和密度的影响较大。     

溅射沉积自诱导混晶界面与Ge量子点的生长研究

在不同的沉积温度下采用离子束溅射技术,在Si基底上生长得到分布密度高、尺寸单模分布的圆顶形Ge量子点.研究发现:随沉积温度的升高Ge量子点的分布密度增大,尺寸减小,当沉积温度升高到750 ℃时,溅射沉积15个单原子层厚的Ge原子层,生长得到高度和底宽分别为14.5和52.7 nm的Ge量子点,其分布密度高达1.68×10¹⁰ cm^-2;Ge量子点的形貌、尺寸和分布密度随沉积温度的演变规律与热平衡状态下气相凝聚的量子点不同,具有稳定形状特征和尺寸分布的Ge量子点是 关键词： Ge量子点 离子束溅射沉积 表面原子行为 混晶界面     

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。     

GaN基LED量子阱内量子点发光性质的模拟分析

采用模拟计算的方法,运用量子点模型对GaN基LED器件中不同尺寸量子点的电致发光光谱进行模拟分析,并对器件结构中电子空穴浓度,辐射复合强度进行了研究．分析结果显示,随着量子点尺寸的增大,量子点发光波长存在红移,当圆柱状量子点半径从1．8nm增长到13nm时,波长红移309．6meV,在量子阱中生长单一尺寸的量子点可以达到不同波长的单色发光器件,而在不同量子阱中生长不同尺寸的量子点可以实现多波长发光,以及单颗LED的白色显示,并通过调节量子点的分布密度达到调节各发光波长强度的目的．结果表明,量子点分布密度调节之后多波长发光均匀性得到有效改善．     

超快激光对涂有量子点玻璃表面的微构造

基于金属量子点的局域等离激元效应,提出一种新的固体介质表面微结构的制备方法。利用飞秒激光辐照涂有Cu2S量子点的K9玻璃,在其表面制备出了类似光栅结构的亚波长周期性条纹。当飞秒激光的中心波长为1300 nm、脉宽为50 fs、激光功率为230 mW时,玻璃表面的亚波长周期性条纹结构尺寸为34 nm。通过模拟得到了附有Cu2S量子点玻璃表面的近场分布,模拟结果表明,出现这种周期性条纹结构是入射飞秒激光与量子点产生的等离激元场之间产生干涉引起的。该制备方法可以降低透明介质微构造的激光功率阈值,改善了透明基质表面的微纳结构加工工艺。     

碳量子点荧光猝灭法测定饮料中日落黄

以柠檬酸为碳源制备碳量子点(CQDs),所得碳量子点被394 nm的光激发后在484 nm处有较强的荧光发射,最大吸收波长为482 nm的日落黄能强烈猝灭碳量子点的荧光。基于该现象,发展了一种以碳量子点为荧光探针测定日落黄的分析方法,并探讨了荧光猝灭机理。在选定的实验条件下,该分析方法的线性检测范围为0.1~100μmol/L,检出限(3σ/k)为0.051μmol/L。     

基于碳量子点荧光恢复的三聚氰胺测定方法

在碳量子点溶液中加入汞离子,量子点的荧光被猝灭,加入三聚氰胺后荧光恢复。据此,建立了基于碳量子点荧光恢复测定三聚氰胺的新方法并应用于实际样品的分析。研究结果表明,在汞离子和碳量子点浓度之比为15∶10000且碳量子点浓度为4.0 g/L、pH值为7.5的实验条件下,方法的线性范围为3.0~60.0mg/L,检出限(3σ/k)为2.2 mg/L。方法应用于实际样品测定时,其回收率为95%~103%。     

Highly Sensitive and Selective Detection of Amoxicillin Using Carbon Quantum Dots Derived from Beet

In the present work, we synthesized the carbon quantum dots (CQDs) by one step hydrothermal method using the dried beet powder as the carbon source without additional chemical reagents and functionalization. The as-prepared CQDs are quasi-spherical carbon nanoparticles with diameters of 4–8 nm as well as surface functional groups such as carboxyl and hydroxyl groups, and exhibit good water-solubility, biocompatibility, and strong fluorescence. It is confirmed that amoxicillin (AMO) could enhance the fluorescent intensity of CQDs, the I/I₀ showed a linear correlation between the intensity of fluorescence and the concentration of AMO in a broad range. These superior properties render a potential application of the CQDs in biomedical.     

Bottom‐Up Synthesis of Carbon Quantum Dots With High Performance Photo‐ and Electroluminescence

Although carbon quantum dots (CQDs) are of great interest because of cost effectiveness and environmental compatibility with the facile tunability of their optical properties, poor photo‐ and electroluminescence (EL) of CQDs limits further implementation. Here, a novel bottom‐up synthetic route for fabricating highly crystalline CQDs suitable for high‐brightness blue light‐emitting diodes is demonstrated. The two‐step solution process is based on time‐controlled thermal carbonization of citric acid, followed by ligand exchange of the CQDs with oleylamine (OA) in solution. Carbonization allows for the nucleation and growth of crystalline CQDs, while OA treatment disperses the CQDs and stabilizes the solution, giving rise to CQDs with low structural defects and uniform sizes. The systematic study reveals the origin of the light emission of OA‐treated CQDs by photoluminescence (PL) analysis, which yields a high quantum efficiency of ≈30%. The photoluminescence‐optimized OA‐treated CQDs exhibit excellent blue EL performance with a low turn‐on voltage of ≈4 V and high brightness of 308 cd m⁻²; a negligible voltage‐dependent color shift when they are employed to an inverted light‐emitting diode.     

基于明胶制备碳量子点及其光学性能的研究

通过水热法采用热解明胶制备出有蓝色荧光的碳量子点,并通过单因素优化实验对制备碳量子点的温度、时间进行优化以选择出制备碳量子点的最佳条件,结果表明在水热反应温度为200 ℃,反应时间为6 h时制备的碳量子点的荧光性能最强。同时,利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Ｘ射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV)及荧光光谱(PL)等手段对最佳条件下制备的碳量子点进行测试与表征,结果表明,该方法制备的碳量子点量子产率为39.4%,与不掺杂的碳量子点相比其量子产率相对较高,这可能是因为有N元素的存在使得量子产率有所提高;所制备的碳量子点不仅具有丰富的含氧官能团而且抗光漂白性能良好,形态主要是均匀分散的球形,没有明显的晶格条纹,这与相关文献报道的碳量子点的形态相一致,其在250～300 nm有较弱的吸收,但无明显的特征吸收峰,这可能是由于C=O基团的n-π*跃迁引起的;此外,还讨论了氙灯照射时间、pH、碳量子点浓度、不同类型溶剂及离子强度等因素对碳量子点荧光性能的影响,研究结果表明,氙灯照射时间及离子强度对碳量子点荧光性能几乎无影响,在过酸或过碱的条件下其荧光强度相对较弱,原因可能是在过酸或过碱的条件下发生质子化或非质子化的作用导致其荧光强度减弱;且碳量子点溶液随着其浓度的增加,荧光强度先增加后减小;而对于溶剂类型而言,其在极性溶剂中的荧光强度大于其在非极性溶剂中的荧光强度,说明该方法制备的碳量子点具有良好的水溶性。     

Microwave‐Assisted Synthesis of Biocompatible Silk Fibroin‐Based Carbon Quantum Dots

A biocompatible silk fibroin‐based carbon quantum dot (SF‐CQD) is first synthesized under microwave irradiation for a short time. This fast and environmentally safe technique produce well‐defined nanosized SF‐CQDs. The SF‐CQDs have good crystallinity, a strong emission peak in the blue‐color region, high quantum yield, and the potential for modification with various functional groups on the surface. These SF‐CQDs demonstrate stable emission, good water dispersity, low toxicity, and good biocompatibility. These properties show the great potential of these SF‐CQDs for use in biomedical applications including bioimaging, biosensing, and drug delivery systems.     

Microwave-Assisted Green Synthesis of Carbon Quantum Dots Derived from Calotropis Gigantea as a Fluorescent Probe for Bioimaging

Journal of Fluorescence - An eco-friendly, cost-effective, and convenient approach for synthesizing biocompatible fluorescent carbon quantum dots (CQDs) from the leaf extract of the medicinal plant...     

Fluorescent Carbon Quantum Dots Functionalized by Poly L-Lysine: Efficient Material for Antibacterial,Bioimaging and Antiangiogenesis Applications

Journal of Fluorescence - This study illustrates the synthesis of functionalized carbon quantum dots (CQDs) by the one-pot pyrolysis method. The functionalization agent used in CQD synthesis was...     

以花生碳量子点为探针基于其荧光猝灭-恢复测定多巴胺的研究

碳量子点(CQDs)是一种新型的荧光碳纳米功能材料,其良好的生物相容性和优异的光学性能引起了人们的广泛关注。选用富含蛋白质、脂肪和碳水化合物的花生仁(Peanut,PN)及水为原料,无需添加任何其他试剂,在水热反应釜中于190℃反应20 h,可一步合成绿色发光CQDs。透射电镜(TEM)结果显示,所制备的花生碳量子点(PN-CQDs)的粒径大约在10 nm左右,分布较为均匀;X射线衍射谱(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示PN-CQDs晶型为无定型碳,表面富含-OH、-COOH、含氮官能团等亲水性基团,具有良好的水溶性。紫外-可见光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(FL)表明, PN-CQDs在275 nm处有一明显的吸收峰,为CQDs紫外特征吸收峰;该PN-CQDs具有激发波长依赖性,荧光发射峰的位置随激发波长的变化而移动;当激发波长λex为326 nm时,发射波长λem为408 nm处的荧光强度最大, PN-CQDs发出蓝色的荧光。以硫酸奎宁为参照物,利用参比法测得PN-CQDs的荧光量子产率φ为5.0%。基于该PN-CQDs良好的发光特性,以其为探针,构建了"关-开"型荧光体系用于多巴胺(Dopamine,DA)的高灵敏度检测。研究表明,在pH 3.80的HAc-NaAc缓冲介质中, Ce(Ⅳ)存在下, PN-CQDs与Ce(Ⅳ)之间的电子转移反应和Ce(Ⅳ)与该PN-CQDs表面基团结合使PN-CQDs发生的聚集作用共同导致PN-CQDs在λex/λem=326 nm/408 nm处的荧光发生猝灭,荧光信号"关闭";当加入DA后, DA与结合于PN-CQDs表面的强氧化性Ce(Ⅳ)发生反应,从而将Ce(Ⅳ)从PN-CQDs表面移除, PN-CQDs的荧光得以恢复,荧光信号重新"打开"。在优化的实验条件下, DA浓度与PN-CQDs在λex/λem=326/408 nm处的荧光恢复值ΔF呈良好线性关系,线性范围为2.5×10-7~1.0×10-5mol·L^-1,决定系数R2为0.997 6,检出限为9.0×10-8mol·L^-1。探讨了体系的荧光"猝灭-恢复"机理,对PN-CQDs和PN-CQDs-Ce(Ⅳ)体系进行了荧光寿命拟合,其加权平均荧光寿命分别为6.02与5.15 ns, Ce(Ⅳ)对PN-CQDs荧光猝灭类型为动态猝灭;反应中生成的Ce(Ⅲ)于λex/λem=251/350 nm处的荧光对DA的测定无影响。该方法灵敏、简便、快速,应用于实际样品中DA的测定,加标回收率(平均值±SD)在97.5%±1.3%~103%±1.5%之间,结果满意。该研究提供了一种新的DA荧光检测方法,实现了对DA的准确测定。