电化学方法在荧光碳点研究中的应用

作为以碳为骨架结构的新型纳米材料,碳点具有许多优良的性能,如发射波长可调、良好的光稳定性、抗光漂白、良好的水溶性以及易于生物偶联等. 正是因为这些优点,碳点和其它碳质纳米材料（富勒烯、碳纳米管、石墨烯）一样受到了广泛的关注. 电化学方法制备碳点具有条件温和、费用低廉、后处理简单等特点. 另外,电化学方法在材料的表面结构分析以及发光机理的研究中也有其独特的优势. 本文即就电化学方法在荧光碳点的制备以及发光机理探讨中的应用作了综述,并简略介绍了碳点在传感器中的应用,提出了优化电化学方法制备碳点的某些设想.     

碳点的高性能化和功能化改性:方法、特性与展望

碳点作为一种新型碳纳米材料,由于其出色的光学性能、低毒性、良好的生物相容性和易修饰性而被广泛应用于各个领域。为了满足不同领域的需求,几种用以调控碳点光学性能的方法已被提出,例如杂原子掺杂、半导体量子点掺杂、聚合物钝化和改性以及主-客体构建。其中,杂原子掺杂是通过单原子或多原子引入电子给体或受体改变其相邻碳原子的电子密度来增加荧光强度;半导体量子点也可与碳点进行复合提升电子分离效率而起到荧光增强的效果;就聚合物改性而言,聚合物不仅可以对碳点表面实施钝化和功能化,而且其固态(或固化)薄膜可以提供紧密的空间促进碳点表面的辐射跃迁起到荧光增强的效果。此外,由碳点-染料和多孔材料-碳点构成的两种主要的主-客体结构中,前者不仅对碳点的荧光发射强度有着促进的作用,更使得碳点具备了显著的红/近红外荧光发射性能,后者对固态发光碳点不仅提供了可能性和设计的灵活性,且为打开碳点新的应用领域提供了机会。本文将围绕四种碳点功能化的方法逐步展开讨论,并介绍相应碳点的光学性能、发光机理和潜在应用;论述功能化碳点的研究现状,并展望功能化碳点的研究方向。     

将功能纳米材料发展前沿融入实验教学——隐形荧光墨水的制备

为了让学生了解纳米材料的性质和用途，开发了一个研究型综合性实验——隐形荧光墨水的制备。通过微波反应快速地制备了一种新型的氮掺杂碳量子点，克服了碳量子点制备繁琐的难题，使碳点的制备能够在实验教学中得以实现，利用透射电镜、X射线衍射、红外光谱以及X射线能谱对碳点的结构和形貌进行表征，利用紫外-可见-近红外光谱仪和荧光光谱仪研究碳点的稳定性和光化学性能；并将该碳点制作成隐形荧光墨水，增加了实验的趣味性和实用性。学生实验证明该综合性实验适用于本科生实验教学。     

新型水溶性多色荧光碳点的制备及细胞成像研究

以鸡蛋清和牛奶分别与葡萄糖进行水热反应,制备水溶性多色荧光碳点,通过膜和柱层析分离纯化,利用透射电子显微镜(TEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(FL)、红外光谱(FTIR)等技术对所制备碳纳米粒子的粒径大小、吸收光谱、发光性质、表面基团进行表征。将所制备的碳点与小鼠黑色素瘤细胞共孵育,进行细胞成像应用评价。结果表明:制备的两种水溶性荧光碳点平均粒径分别为2.5 nm和4.9 nm,可在紫外灯下发出明亮的荧光,紫外最大吸收波长为250 nm。基于鸡蛋清或牛奶与葡萄糖反应制备的多色荧光碳量子点具有良好水溶性,其荧光光谱最大发射波长分别在410 nm和400 nm处,同时在660~800 nm激发波长范围内具有上转换性质,且荧光发射光谱随着激发光波长的增加发生红移。红外光谱表明存在—COOH、—NH2和—OH基团。细胞成像结果表明,在405 nm或488 nm激光照射下,所制备的碳点在细胞内的荧光成像清晰可见,而且在碳点浓度小于2.5 mg/mL时,均表现出较低的细胞毒性。     

碳点的研究进展

碳点具有优良的光学特性、良好的生物相容性和低毒等优点,被广泛用于生物检测、药物传输和生物成像等领域,是极具发展潜力的碳基质材料.近年来,碳点的新型制备方法、性质探索及应用研究引起广泛关注.本文根据碳源和制备方法的不同,将碳点分为石墨烯纳米点和碳纳米点两类,综述了碳点的制备方法,剖析了碳点的发光机理,总结了碳点在生物传感、药物传输和生物成像中的应用;最后分析了碳点存在的问题及应对策略.     

掺杂碳点的制备及其应用研究进展

掺杂碳点因其丰富的制备手段、优良的光学性质以及良好的生物相容性,在生物检测、防伪、药物传输、光电器件等领域具有巨大的潜在应用空间,是极具发展潜力的炭基材料之一.近年来,如何提高碳点的发光效率、探索发光机理、拓展碳点新的应用方向引起广泛关注.本文综述了不同掺杂碳点的特性,总结了碳点在不同领域的应用,并且分析了碳点存在的问题.     

叶酸修饰的碳量子点在体外癌细胞成像中的应用

具有癌细胞靶向性的荧光纳米探针在生物分析、生物医学和临床诊断等领域有着重要的应用前景。 本文基于碳量子点的低毒性、低成本、环境友好、制备方法简单及高发光特性等优点,采用水热法合成了表面富含氨基的荧光碳量子点(CDs),进一步通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)缩合的方法,将叶酸(FA)分子中的羧基与其共价连接,从而得到叶酸共价修饰的碳量子点复合材料(FA-CDs)。 通过将该复合材料分别与海拉(Hela)和小鼠胚胎成纤维(NIH-3T3)细胞共培养,发现该复合材料能够特异性识别并标记癌细胞,且制备的该复合材料具有低毒性和高发光性等优点。 该工作对癌细胞的早期诊断具有重要意义。     

固态荧光碳点的制备

荧光碳点由于其具有无毒、制备成本低以及独特的光致发光性能而引起人们极大的研究兴趣,但是通常碳点的制备和使用均是在溶液中,而且随着碳点浓度的增加其荧光强度可能会降低甚至猝灭,通过简单干燥后得到的固态粉末则常常缺少荧光性质。因此,固态荧光碳点制备及其相关应用的研究相对较少。本文综述了固态荧光碳点的制备方法,包括后处理法(基质分散法、表面工程法)和前驱体直接合成法;对比了各种调控手段处理前后碳点荧光性能的变化情况,总结了各种固态碳点在制备过程中和使用过程中存在的主要问题。最后,针对固态发光碳点的制备方法、性能调控及发展方向进行了展望。开发具有聚集诱导发射增强的碳点是至关重要的,也为固态碳点的发展提供了新思路。     

碳点在潜在指纹显影中的应用进展

碳点(CDs)是一种尺寸在10 nm以下的新型纳米材料,由于其独特的发光性能、低毒和环保等特点,在潜指纹检测中展现出了巨大的应用潜力。在潜指纹检测中,碳点的荧光特性可以帮助提高潜指纹的成像和识别能力。本文综述了碳点的合成方法、发光机理及其在潜指纹检测中的应用。通过合成方法优选、元素掺杂、前驱体调控、表面改性等手段可以调控碳点的荧光发射波长;再将碳点纳米粒子均匀分散在天然或常规材料上,所获得的碳点纳米复合材料可以避免因碳点纳米粒子聚集而引发的荧光淬灭现象,保留碳点的荧光性能,并且更适用于潜在指纹显现的常规操作。本文展望了在潜在指纹显影研究中碳点的未来发展方向,通过不断的改进和创新,期许为刑事科学技术领域的研究工作提供重要参考。     

无溶剂法大量制备高效红光碳点及其在白光器件中的应用

以邻苯二胺、 2,5-二氨基苯磺酸和三氯化铝为原料, 通过无溶剂法大量制备了高效的红色荧光碳点 (R-CDs). 制得的碳点尺寸大约为2.4 nm, 含有13%的氮元素, 主要由高度石墨化的碳核及覆盖在其表面的大量官能团构成. 在不同的波长光激发下, 碳点在乙醇溶液中表现出不依赖于激发的红光发射, 其荧光峰位于 704 nm, 最大量子产率达到22%. 由于R-CDs具有优异的光学性质, 利用其构筑了紫外光激发的碳基白色发光二极管, 其色坐标为(0.33, 0.33), 非常接近自然光. 该研究为高效红色荧光碳点的大量制备提供了一种新路径, 同时拓宽了其在白光器件中的应用.     

Carbonaceous species of TSP in urban and rural sites around coal-fired power stations in northwestern Greece

Total suspended particles from urban and rural locations around an industrial complex with four coal-fired power stations were collected for a period of 6 months (January-June 2001). Mass concentrations of TSP and carbonaceous species (TC, EC, OC and BC) were determined for seven sampling sites of the studied area. The contribution of TC mass to the total particle mass was similar for all sites with an average value of 12.36±1.27%. The fraction of elemental carbon (EC) was estimated between 32 and 46% of the total carbon (TC). The relationship between organic and elemental carbon showed the primary origin of organic carbon (direct emissions). The OC/BC ratio values were also considered in order to get information about the enrichment of aerosols in organic carbon. Four conditional categories out of the sampling site ‘collection were additionally extracted (“urban”, “rural”, “far” and “close” location to the power stations) and considered with respect to the values of the ratios OC/BC and OC/EC and the multiple correlation coefficients R² for the concentrations of OC, BC and EC. It has been found that in some cases the correlation coefficients rather than the ratios could inform on the type of site.     

THEORETICAL COMPARISON OF THE BONDING OF CHALCOCARBONYL LIGANDS

Abstract

Fenske-Hall molecular orbital calculations on the complexes CpFe(CO)₂(CX)⁺ (X = O, S, Se, and Te) have been used to quantify the nature of bonding between the CX ligands and the metal atom. In addition, conclusions have been reached about the reactivity of the complexes under both nucleophilic and electrophilic attack. The previously established trend of increasing metal—ligand bond strength as X changes from O to S to Se is demonstrated by our molecular orbital calculations, and found to extend to Te. The mechanism for nucleophilic attack, variously explained in the past by either charge control or orbital control, is quantitatively ascribed to orbital control only. The nature of electrophilic attack on these complexes is also found to begin with orbital control.     

多孔炭材料的研究进展及前景

近年来多孔炭材料在国内外的研究和开发应用都十分活跃。本文从制备原料的扩展, 形态特征的增多, 纳米空间的控制, 功能特性的改进, 微细组织的察, 应用途径的开拓等不同方面综述了多孔炭材料的研究和应用开发的新进展。     

Spiro-Carbon: A Metallic Carbon Allotrope Predicted from First Principles Calculations

A structurally stable microporous metallic carbon allotrope, poly(spiro[2.2]penta-1,4-diyne) or, for short, spiro-carbon, with I4₁/amd (D_4h) symmetry is predicted by first-principles calculations using density functional theory (DFT). The calculations of electronic, vibrational, and structural properties show that spiro-carbon has lower relative energy than other elusive carbon allotropes such as T-Carbon and 1-diamondyne (Y-Carbon). Its structure can be pictured as a set of trans-cisoid-polyacetylene chains tangled and interconnected together by sp³ carbon atoms. Calculations reveal a metallic electronic structure arising from an “intrinsic doping” of trans-cisoid-polyacetylene chains with sp³ carbon atoms. Possible synthetic routes and various simulated spectra (XRD, NMR, and IR absorption) are provided in order to guide future efforts to synthesize this novel material.     

新型碳材料作为直接醇类燃料电池催化剂载体的评述

 电催化反应过程涉及固、液、气传输以及电子和质子传导, 为确保反应的顺利进行和提高催化剂中贵金属的利用率及延长催化剂的寿命, 理想的电催化剂载体必须同时具备高比表面积、导电性好、合适的孔结构、耐腐蚀以及合适的表面基团等. 为此, 碳载体的改性工作受到关注, 常用的方法是通过酸、碱、氧化和高分子等手段改变载体的结构和表面性质, 以期接近理想电催化剂载体的要求; 同时在开发新型碳载体方面做了更大量的工作. 本文简要评述了商品炭载体如碳黑 Vulcan XC-72R 以及其它的乙炔黑、黑珍珠-2000、Printex XE-2 和 Ketjen Black EC 等碳材料在直接醇燃料电池中的应用, 但对纳米碳纤维、碳纳米管、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、碳纳米卷和碳气凝胶等新型碳载体则进行了较全面的评述. 与商品碳载体相比, 新型碳载体在一定程度上都表现出比 XC-72R 更优的性能, 这主要是因为新型碳材料具有特殊的结构、更高的结晶性能 (导电性) 和更好的传质能力.     

Gasification of hydrolysis lignin with CO2 in the presence of Fe and Co compounds

The effect of the nature of the metal (Fe and Co) deposited on the surface of hydrolysis lignin, as well as the metal content (1, 3, 5 and 7 wt%), on the process of dry catalytic lignin reforming has been studied. The use of the catalyst led to a twofold increase in the conversion of carbon dioxide at temperatures of 500–800 °C, while both metals showed similar activity. The maximum specific catalytic effect is achieved when supporting 7 wt% of active metals.     

Applying diamond like carbon layer on carbon/carbon composites and its effect on the deposition of hydroxyapatite coating

The biomedical application of carbon/carbon (C/C) composites is limited by lacking bioactivity and releasing carbon debris. Hydroxyapatite (HA) coating has been used to improve the bioactivity of C/C composites, but it cannot reduce the release of carbon debris effectively because of poor wear resistance property. In this work, a wear‐resistant layer of diamond like carbon (DLC) is applied on C/C composites, followed by an ultrasound‐assisted electrochemical deposition to prepare HA coatings. The microstructure, morphology and chemical composition of the DLC layer and the HA coating are characterised by scanning electron microscopy, X‐ray diffraction, energy dispersive spectroscopy (EDS), X‐ray photoelectron spectroscopy, Fourier transformed infrared spectroscopy and Raman spectrum. The bonding strength between the HA coating and the DLC layer modified C/C composites is examined by a tensile test. The results show that the DLC layer has a spherical morphology and provides a uniform surface for the deposition of the HA coating. The HA coating shows flaky morphology with a compact structure. The tensile strength of the HA coating on the DLC layer modified C/C composites is 6.24 ± 0.40 MPa, which is significantly higher than that of HA coating on unmodified C/C composites(3.04 ± 0.20 MPa). Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

炭材料对铀的吸附

铀既是核燃料的主要成分又是乏燃料后处理的关键核素。将铀从乏燃料后处理流程中的高放射性料液或者其他含铀废水中分离出来既可以将此宝贵的核燃料回收使用,又有利于降低乏燃料处理后期的处置费用,以及减少铀对环境的污染。而从海水、盐湖水、尾矿废水等贫铀水体中提取铀则可能是解决将来铀资源匮乏的主要方法。炭质材料具有较大的比表面积、较高的孔隙率,耐高温,抗辐射,对各种酸碱环境有很高稳定性,而且本身无毒,环境友好,有望作为吸附剂或固相萃取材料用于从水体中吸附分离铀。本文介绍了活性炭、介孔炭、碳纳米管等材料对铀的吸附研究进展。表面功能化可以提高炭材料对铀酰离子的吸附容量与选择性,对炭材料功能化的方法主要有表面氧化、浸渍、负载和接枝等手段。由于化学稳定性高,采用化学方法在炭材料表面接枝功能分子是具有应用前景的研究方向。采用碳纤维作电极,电吸附铀的方法可以大量地从水溶液中将铀吸附到电极表面,再通过电脱附回收铀,具有工业化应用前景。     

诺贝尔奖宠儿——碳元素的前世今生

碳元素历史悠久,与现代人类社会联系紧密,对人类未来意义重大,多次斩获诺贝尔奖。在揭开碳元素的发现史之后,介绍了活性炭、碳纤维、玻璃碳等无定形碳以及热解炭等过渡碳的重要作用。此外,晶形碳的经典同素异形体--C60富勒烯、碳纳米管、石墨烯的独特结构造就了其在纳米材料领域的非凡用途;新型同素异形体的合成、发现与应用更是碳元素研究领域的热点。     

广州大气细粒子中有机碳、元素碳和水溶性有机碳的分布特征

在广州市中山大学采样点进行了为期1年的大气细粒子(PM2.5)采样,监测分析得到PM2.5及有机碳(OC)、元素碳(EC)和水溶性有机碳(WSOC)等组分的质量浓度,并进行了比较和评价分析。结果表明广州市细粒子碳污染较严重。对OC、EC和WSOC质量浓度的月变化和季节变化特征进行了讨论,并分析了原因。OC、EC浓度相关性好,表明OC、EC来源大部分相同。根据OC/EC比值,估算二次有机碳(SOC)量,结果是SOC占OC的1/3。讨论了SOC和SOC/OC比值的季节分布,结果证明SOC夏季生成比冬季多。