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。     

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.     

基于上转换发光的碳量子点制备及应用研究

碳量子点具有易制备、低毒性、化学惰性高、荧光特性稳定等特点,和其他碳纳米材料(如富勒烯、碳纳米管和石墨烯等)一样引起了研究者的广泛关注。本文将从碳量子点的合成、特性、改性和应用等方面进行阐述,并对其受长波长光激发后可发出短波长光的这一上转换发光特性进行重点综述,为今后碳量子点的合成、改性以及应用提供一定的参考。     

煤基碳量子点合成研究进展

随着纳米科学技术的出现与发展,各种纳米材料层出不穷,碳量子点以其独特且优异的性质吸引了众多研究者的关注。碳源材料对碳量子点的合成及性质有着重要影响,我国煤炭储量相对丰富,焦炭、煤焦油和煤沥青等煤基衍生物的产量也居于世界前列,煤及煤衍生物富含芳环结构,在微观结构上适宜制备碳量子点。本文主要综述了近年来以煤及煤衍生物为碳源,通过化学试剂氧化、超声和电化学氧化等方法合成碳量子点(统称为煤基碳量子点)的研究进展,阐述了煤及其衍生物作为原料的优势所在,对比分析了不同制备方法的特点,并简要介绍了煤基碳量子点的性质以及其在生物成像、金属离子检测和光催化等领域的应用,最后对煤基碳量子点的可控制备等前景进行了展望。     

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。     

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.     

碳量子点的荧光发射机制

碳量子点(CQDs)一般是指粒径小于10 nm的零维碳材料,因其具有优良的光学特性而在生物成像、光学器件、生物复合材料和生物传感等领域得到广泛应用,并有望成为未来应用最广泛的一种碳材料.CQDs的光学特性受粒径、表面官能团及合成的条件(如温度、溶剂的种类和pH等)的影响,为了精准调控其光学性能以及进一步扩大其应用范围,...     

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、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。     

炭-/石墨烯量子点在超级电容器中的应用

炭-/石墨烯量子点作为新兴的炭纳米材料,因具有独特的小尺寸效应和丰富的边缘活性位点而在高性能超级电容器电极材料的研发方面展现出巨大潜力。针对目前炭-/石墨烯量子点在超级电容器电极材料方面的应用优势和存在的关键问题,本文以炭-/石墨烯量子点、量子点/导电炭复合材料、量子点/金属氧化物复合材料、量子点/导电聚合物复合材料以及量子点衍生炭这些电极材料为脉络,梳理了近年来该领域的发展状况,尝试阐释炭-/石墨烯量子点在电极材料、复合材料和衍生炭电极材料中所起到的关键作用,最后对炭-/石墨烯量子点电极材料的发展进行了展望。本综述以期为炭-/石墨烯量子点基电极材料的研究提供一定参考和依据。     

基于碳量子点过氧化物模拟酶的肌氨酸比色测定

以果皮为原料制备了水溶性碳量子点(CQDs), 透射电子显微镜分析表明其平均粒径为2.4 nm; 红外光谱分析证实CQDs表面富含含氧官能团. 所得CQDs可催化H₂O₂氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)生成蓝色氧化产物(ox-TMB). 基于上述反应, 建立了测定H₂O₂的分析方法, 在pH=3.5, 温度40 ℃, TMB浓度为1.0 mmol/L及孵育时间15 min的条件下, 当H₂O₂浓度在5.0~100 μmol/L范围时, ox-TMB的吸光度随H₂O₂浓度的升高而线 性增强, 方法的检出限为3.0 μmol/L. 鉴于H₂O₂是肌氨酸氧化酶催化肌氨酸氧化的产物之一, 建立了CQDs催化H₂O₂氧化TMB间接测定肌氨酸的分析方法. 结果表明, 当肌氨酸浓度在0.5~350 μmol/L范围内时, 吸光度 与其浓度呈良好的线性关系, 方法的检出限为0.3 μmol/L; 将该方法应用于人体尿样的测定, 回收率为94%~99%.     

Synthesis of Fluorescent Carbon Quantum Dots from Dried Lemon Peel for Determination of Carmine in Drinks

Carbon quantum dots(CQDs) with a quantum yield of 11% were synthesized via a simple, low-cost and green hydrothermal treatment using dried lemon peel as carbon source. The obtained CQDs showed a strong emission at the wavelength of 505 nm with an optimum excitation of 425 nm. Carmine with maximum absorption wavelength at 508 nm could selectively quench the fluorescence of CQDs. Based on this principle, a fluorescence probe was developed for carmine determination. The quenching mechanism of CQDs was elucidated. A linear relationship was found in the carmine concentration range of 0.20—30.00 mg/L with the detection limit(3σ/k) of 0.16 mg/L. Satisfactory results were achieved when the method was applied for the determination of carmine in soft drinks.     

Dual-modal Colorimetric and Fluorometric Method for Glucose Detection Using MnO2 Sheets and Carbon Quantum Dots

A novel dual-modal fluorometric and colorimetric method was developed for glucose detection using MnO2 sheets and carbon quantum dots(CQDs). The glucose could be oxidized by glucose oxidase, in accompanied witli the fbnnation of H2O2 intennediate, which resulted in the decomposition of MnO2 sheets, as well as tlie MnO2 sheets(brown) changed to Mn^2+ ions(colorless), which induced the absorption of MnO2 sheet decreased and the fluorescence of CQDs increased, consequently. The linear detection ranges of glucose are 5-1000 μmol/L by fluorescent method and 5-60 μmol/L by colorimetric method. The limits of detection of these two measurements are 2.11 and 2.18 μmol/L, respectively. This method is easy to conduct, has reasonable sensitive and selectivity, and could be applied for the glucose detection in real human senim.     

碳量子点阳离子表面活性剂的多功能性

碳量子点以其多彩的荧光及廉价而丰富的制备原料引起人们的广泛兴趣。至今,已有大量关于碳量子点制备及其荧光性能直接利用的文献报道。若采用恰当的方法对碳量子点进行化学修饰,则可以将其转化为实用的精细化学品,从而拓展碳量子点的应用领域。本文报道了一种碳量子点阳离子表面活性剂的制备方法。首先,乙二胺四乙酸、二乙胺及双氧水的混合水溶液经水热处理,获得碳量子点(以OX-CQDs表示),再以氯代正构十二烷对其进行季铵化修饰,获得新型碳量子点阳离子表面活性剂(以OX-CQDs-C₁₂H₂₅表示)。OX-CQDs-C₁₂H₂₅具有良好的降低水的表面张力和减小水接触角的能力,水的界面张力能降低至26.7 mN∙m⁻¹,其性能超过了一些新型的Gemini型阳离子表面活性剂;季铵化的修饰也大大提高了OX-CQDs对大肠杆菌的抑菌能力,低至0.41 mg∙mL⁻¹的OX-CQDs-C₁₂H₂₅溶液其抑菌率接近100%。表面活性剂,抑菌性和荧光性能赋予了OX-CQDs-C₁₂H₂₅的多种功能性。     

高密度、长波长InGaAs量子点材料的制备与表征

利用MOCVD外延生长技术, 对InAs/GaAs量子点材料的生长参数进行调节, 获得了高密度(~5×1010 cm^-2)的InAs量子点. 室温荧光光谱表明, 覆盖厚度为5 nm的InGaAs(In组分的摩尔分数为12%)低应变层量子点材料的基态发光波长为1.346 μm, 光谱线宽为24 meV. 研究结果表明, 利用较低温度生长InAs量子点, 结合较高In组分的InGaAs低应变层量子点材料可以实现发光波长红移, 有效地改善材料的光学特性.     

CdS量子点的合成及其光学性能

以硝酸镉和硫代乙酰胺为原料,以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为稳定剂,在水溶液中合成了Cd S量子点(Cd S QDs)。通过考察稳定剂的配比、反应温度、反应时间、p H和搅拌时间对Cd S QDs的影响,研究Cd S QDs的光学性能。结果表明:当n(Cd2+)/n(NAC)=2/1,p H=7,搅拌10 min,于80℃反应2 h制得的Cd S QDS荧光性能较好。     

Synthesis of Carbon Quantum Dots Nanoparticles by Cyclic Voltammetry and Its Application as Methanol Tolerant Oxygen Reduction Reaction Electrocatalyst

Carbon quantum dot (CQD) nanoparticles are synthesized by one‐step electrochemical method, cyclic voltammetry (CV), at different potentials using graphite rods and NaOH/EtOH as electrolyte. The electro‐chemically manufactured CQD is characterized by Transmission electron microscopy, Ultra violet absorption, X‐ray diffraction and Fourier transform infrared spectrometry. The morphology and microstructure methods confirm the formation of high quality CQD. Finally, we design a new gas diffusion electrode (GDE) based on CQD pasted on carbon paper for the oxygen reduction reaction at cathode side as methanol tolerance in direct methanol fuel cell and compared it with standard Pt‐C catalysts using cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry. The ORR results in presence of methanol indicate that the GDE prepared from CQD exhibits methanol tolerance compared to the GDE prepared from Pt/C (Electrochem).     

Nitrogen‐Functionalized Graphene Quantum Dots: A Versatile Platform for Integrated Optoelectronic Devices

Over the past 10 years, graphene quantum dots (GQDs) have grown into a highly innovative optical material in various research fields, including electronics, photonics, biotechnologies, etc. With the increasing implementation of GQDs in these fields, GQDs with tunable optical properties will emerge that could be especially suitable for applications in the field of integrated photonics. Herein, a short summary of the recent state of our research on the development of nitrogen‐functionalized GQDs with tunable optical properties and their integration into photodetectors is given.     

水溶性ZnO量子点制备及其光学性质

利用3-巯丙基三乙氧基硅烷对ZnO进行表面修饰后沉积SiO2, 制备出水溶性SiO2包覆ZnO的量子点. 与直接采用正硅酸乙酯沉积包覆SiO2的ZnO量子点相比, 362 nm处的激子荧光发射峰的强度提高了将近4倍. 由于表面引入了巯基官能团, 量子点的水溶性明显提高, 稳定性增强, 即使在较高的盐浓度下也不会团聚. 通过改变条件, 制备出了发光波长在420 nm的蓝色荧光量子点.