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.     

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。     

手性CdTe量子点制备及在药物青霉胺对映体检测中的应用

以青霉胺对映体作为稳定剂水相制备D-型和L-型CdTe量子点。研究表明,D-型和L-型CdTe量子点的圆二色谱图呈现镜像分布,证明两种量子点是互为光学异构的。D-型量子点(或L-型量子点)与L-型青霉胺(或D-型青霉胺)相互作用将导致其荧光强度的明显下降,而加入同型青霉胺时体系的荧光强度几乎不改变。当D-青霉胺浓度在0.01~0.5 mmol/L之间(或L-青霉胺浓度在0.01~0.2 mmol/L之间)量子点荧光强度峰值与对映体浓度符合线性关系,检出限为0.0033 mmol/L(S/N=3)。方法已成功应用于药物中青霉胺对映体的快速检测。     

从量子点的角度审视碳点的研究进展

碳点不仅具有类似于传统量子点的强发光和小尺寸特性,还表现出传统量子点无法比拟的水相分散性和生物相容性等优势.作为量子点领域的一个新兴分支,碳点的结构、合成化学和光电性质与传统量子点显著不同,也为量子点的发展提供了新的机遇和挑战.随着碳点领域的迅速发展和不断深化,越来越有必要在一些基本概念上与传统量子点比较,并从传统量子点的角度澄清碳点的独特特征和关键挑战.本综述主要聚焦于基本结构、合成化学、光学性质和应用研究等四个方面,从传统量子点基础概念的角度来重新审视碳点领域的研究进展和挑战.     

碳量子点上转换材料的制备及其应用研究进展

碳量子点(CQD)具有化学惰性,生物相容性和低毒性等优势,可能在能源、生物医药等领域得到广泛的应用. CQD可通过表面被聚合物(例如PEG)钝化而表现出很强的光致发光特性.在生物成像,疾病检测和药物输送中使用表面钝化后的功能化生物分子更为有效.并且碳材料由于其优异的电化学性能还展现出在催化、电子器件等许多领域广泛的应用前景.我们将对近年来碳量子点发光材料的研究进行总结,并讨论碳量子点在能源、环境和其他一些领域的应用.     

碳量子点及其性能研究进展

碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs)是一种新型的碳纳米材料,因其强的量子限域效应和稳定的荧光性能等一系列优异性能,吸引了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。相比传统半导体金属量子点,CQDs还具备优异的低毒性和生物相容性,更拓宽了其在生物领域内的研究前景。本文简要地介绍了CQDs的制备方法,主要包括自上而下和自下而上两个方向。除此之外,本文综述了CQDs突出的物理化学性质和性能,包括CQDs的荧光性能、生物相容性和上转换效应,并对CQDs在其在生物成像上的应用进行了归纳。     

掺杂型碳量子点的制备及其在重金属离子检测中的应用

碳量子点(CQDs)具有独特的荧光性质、制备原料来源广泛、合成过程绿色简便、水溶性和生物相容性良好等优点,因而受到广泛关注。CQDs与特定的重金属离子结合后,荧光强度会出现不同程度的增强或减弱,基于此可实现重金属离子的荧光检测。然而,传统的CQDs受限于自身荧光强度不高以及在重金属离子检测中的灵敏度与选择性较差等不足,应用效果并不理想。对CQDs进行杂原子掺杂可调节CQDs中碳原子的电荷密度和自旋密度,提供更多的活性位点,丰富CQDs的能级结构,从而提升其荧光强度。此外,杂原子掺杂可为CQDs引入丰富的官能团,构建易与重金属离子结合的功能界面,从而提高荧光检测的灵敏度。本文综述了近年来氮、硫、磷、锌和铜等原子掺杂CQDs的制备及在重金属离子检测中的研究进展,分析了原子掺杂对CQDs荧光检测性能的影响、原子掺杂CQDs的检测机理、检测应用效果,并展望了其未来的发展方向。     

碳量子点荧光探针的制备及其在苦味酸检测中的应用

以银杏叶为原料,采用水热法制备得到新型荧光碳量子点(CQDs)。该碳量子点的平均粒径为5.5 nm,最大激发波长为335 nm,最大发射波长为418 nm。基于碳量子点荧光光谱与苦味酸(PA)吸收光谱存在部分重叠而发生荧光共振能量转移(FRET),建立了以碳量子点作为荧光探针用于苦味酸检测的新方法。在最佳实验条件下,加入苦味酸前、后的荧光强度比值(I₀/I)与苦味酸浓度(c)在0.2～800μmol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数(r)为0.999 5,检出限(LOD)为32 nmol/L。在5、40、80μmol/L加标水平下,实际水样中苦味酸的回收率为98.0%～104%,相对标准偏差(RSD)为1.0%～3.2%。该方法可用于实际样品中苦味酸的灵敏、快速和高效检测。     

石墨相氮化碳量子点的制备及应用的研究进展

近年来,石墨相氮化碳(g-C3N4)因其稳定的物理化学性能和良好的生物相容性而受到研究者关注。与块体g-C3N4相比,石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)尺寸更小、荧光效率更高,且具有量子限域效应,因此拥有特殊的理化性质与更好的光催化性能。本文主要从g-CNQDs的制备策略和应用展开讨论,着重综述了微波辅助法、低温固相法、热化学腐蚀法和电化学刻蚀法制备g-CNQDs,以及g-CNQDs在催化剂、离子检测、生物传感与诊疗等领域的最新应用研究进展;指出了目前g-CNQDs在性质、制备和应用等研究方面的重点和难点;最后对g-CNQDs存在的问题和未来的发展方向作出了展望。     

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。     

Carbon Dots for Carbon Dummies: The Quantum and The Molecular Questions Among Some Others

Carbon Dots (CDs) are carbon nanoparticles which were discovered in 2004. Despite two decades of intensive work from the scientific community and a colossal amount of gathered experimental data, no definitive consensus exists to date on several key aspects such as the actual definition of CDs and the origin of their emissive properties. This review proposes a critical evaluation of these fundamental questions. Lay persons will also find here an alternative introduction to the CDs domain, including synthetic strategies, photophysical properties, as well as challenges and outlook of this exciting new area.     

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。     

荧光碳点探针的合成、性质及其在生物成像中的应用

荧光碳点探针是近几年来发展起来的一种新型荧光探针，具有传统有机染料、荧光染色蛋白及一般荧光纳米材料无法比拟的独特优势，如具有良好的水溶性、化学惰性、低毒性、易于功能化、抗光漂白性、可调谐和生物相容性等优异性能，因而引起研究者的广泛关注。目前已发展水热法等近十种较为经济便捷的方法，可进行大规模的荧光碳点制备，在细胞功能研究及细胞表面和内部功能分子的探测、组织的成像、病菌的定位等方面得到了较为广泛的应用。笔者对近年来荧光碳点的合成方法、依赖于碳点尺寸和波长等性质的发光性能，以及荧光碳点在生物成像等方面的应用作一简要综述，并对其在药用植物病理方面的应用提出展望，期望为丰富荧光碳点在生物成像领域的应用提供一定的借鉴和参考。     

Analytical Applications of Enzymatic Growth of Quantum Dots

We have developed an analytical assay to detect the enzymatic activity of acetylcholine esterase and alkaline phosphatase based on the generation of quantum dots by enzymatic products. Acetylcholine esterase converts acetylthiocholine into thiocholine. The latter enhances the rate of decomposition of sodium thiosulfate into H₂S, which in the presence of cadmium sulfate yields CdS quantum dots showing a time dependent exponential growth, typical of autocatalytic processes. This assay was also applied to detect acetylcholine esterase inhibitors. Alkaline phosphatase hydrolyzes thiophosphate and yields H₂S, which instantly reacts with Cd²⁺ to give CdS quantum dots. The formation of CdS quantum dots in both reactions was followed by fluorescence spectroscopy and showed dependence on the concentration of enzyme and substrate.     

荧光可调控的碳量子点的电化学制备及性质研究

采用循环伏安法（Cyclic Voltammetry,CV）在碱性条件下电解石墨棒,得到水溶性的荧光碳量子点. 通过透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman spectrum）、原子力显微镜（AFM）对所制备的碳量子点进行形貌及结构表征,发现该碳量子点由1～4层石墨烯片层堆积形成,粒径在19 nm左右,厚度在1 nm左右. 通过荧光光谱（PL）、紫外可见吸收光谱（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）对所制备的碳量子点进行性质测定,发现该碳量子点在400和525 nm处有两个荧光发射峰,且通过控制扫描周数可以调节两个发射峰的相对强度,从而调控碳量子点的荧光颜色：随着扫描周数的增加,400 nm处发射峰的相对强度逐渐减小,而525 nm处发射峰的相对强度逐渐增大,两个荧光发射峰分别与碳量子点的π-π共轭体系和含氧官能团的n-π共轭体系有关.