荧光碳点的合成、性能及其应用

碳点(Carbon dots,CDs)是指粒径一般小于10 nm的新型荧光碳纳米材料,与传统的量子点相比,具有制备简单、原料来源丰富、低细胞毒性、良好的水溶性和生物相容性、易于功能化改性、价格低廉、容易大规模合成等特性.由于其优越的性能,碳点在电化学分析和生物传感、荧光成像、药物传递、光电催化、发光器件、环境能源等领域...     

基于绿色天然物质合成荧光碳点及其性质和应用综述

由于荧光显微技术、激光技术和纳米技术的快速发展,荧光纳米材料在生物医药研究和应用方面也越来越重要。传统的荧光材料包括小分子、共轭聚合物等,被广泛应用于生物成像、生物标记诊断、荧光检测等领域。20世纪,随着纳米科学的出现,一种新型的荧光材料——量子点开始进入人们的视野。传统的量子点主要由Ⅱ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ族元素组成(如Cd、Te等),故称为半导体量子点,由于传统半导体量子点的主体为半导体,在生物安全和环境污染方面存在隐患,从而限制了量子点的应用和发展。自2004年首次发现荧光碳点以来,碳点就一直受到国内外学者的广泛关注。碳点一般指尺寸小于10 nm,具有准球形的结构,能稳定发光的一种纳米碳。与其他碳纳米材料相比,碳点具有独特的发光性质,即发光具有尺寸和波长依赖性。同时,碳点发光克服了有机染料发光不稳定、易光漂白等缺点。此外,碳点易制备且原材料来源广泛、价格低廉。碳点的细胞低毒性对于其在生物领域的应用至关重要,因此,受到了研究者的极大重视。由于碳点不含重金属元素,因此不具有无机半导体量子点的高毒性,可应用到生物成像以及荧光靶向定位领域。最近几年更是掀起了以绿色天然物质为碳源合成荧光碳点的研究热潮。合成此类碳点的优势在于其原料廉价、可再生,适合大规模制备,减少了与化学物质的接触,绿色环保。目前主要报道的原料集中在蔬菜、水果,植物花瓣和果实等,大部分天然物质均含有糖类、蛋白质等成分,从而在合成过程中自我钝化形成异元素掺杂碳点,使其光学性能优异并被广泛应用。但目前报道的此类碳点发光主要集中在短波长且荧光量子产率较低,发光机理尚未明确。本文基于绿色天然物质合成的荧光碳点的最新研究进展,总结了此类碳点的主要合成方法、表征方法、性质以及在离子传感、生物传感与检测、生物成像等领域中的应用,分析总结了此类碳点的优点和缺点,最后展望了基于绿色天然物质合成的荧光碳点在药物载体及药物传递、靶向治疗疾病等研究领域的发展方向。     

高荧光量子产率碳点的制备并用于Cu~(2+)灵敏检测、荧光绘画和细胞成像（英文）

随着科学技术的进步,荧光碳质材料越来越多受到人们的关注。具有高荧光量子产率碳点的研制对其在荧光传感等应用具有重要意义。本文以柠檬酸铵和三乙基四胺为原料,采用一步微波法制备了一种低成本、绿色环保、荧光量子产率高(29.83%)的水溶性荧光碳点(N-CDs),并对N-CDs的结构和光学性能进行了表征。N-CDs具有高荧光、良好的生物相容性和光学稳定性。与其它已报道的碳点纳米材料相比,N-CDs具有更加突出的光学性质以及对Cu~(2+)高选择、高敏感的检测,即合成的N-CDs的荧光强度能够被Cu~(2+)猝灭且在0.01～11μM存在良好的线性,对Cu~(2+)的检出限为4.5 nM (S/N=3),进一步应用到实际水样中Cu~(2+)含量的测定。此外,合成的N-CDs还可用于绘制荧光图案。最后,将强发光、低毒的N-CDs应用于活细胞(SMMC-7721)的荧光图像和细胞中监测Cu~(2+)的存在,表明合成的N-CDs具有广阔的应用前景。     

微波绿色合成N,S共掺杂碳点及其在Fe3+检测和温度传感方面的应用

以韭菜为前驱体,采用微波法一步绿色合成N,S共掺杂的粒径均匀、分散性好的碳点。所合成的碳点近似球状,粒径2.0-5.0 nm。在365 nm的紫外灯照射下发明亮的蓝色荧光,发射峰具有激发波长依赖性。Fe³⁺对所制备的碳点有明显选择性荧光猝灭现象。在5-300μmol/L的范围内,荧光猝灭程度(F/F₀)与Fe³⁺浓度呈现良好的线性关系(R=0.9930),检测限为4.0μmol/L。同时探测温度对制备碳点的影响,在20-55℃范围内,碳点荧光强度与温度具有较好的线性响应。由于生理温度范围在此温度范围内,所制备的碳点可用于细胞温度传感。     

石墨相氮化碳量子点的合成及在分析检测中的应用进展

作为一种非金属材料，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有成本低、稳定性好、可修饰性强等优点，在光催化领域备受关注。与体相g-C₃N₄不同，零维结构的石墨相氮化碳量子点(CNQDs)不仅保留了g-C₃N₄的优点，还具有独特的量子限域效应和特殊的光电效应及良好的生物相容性，在化学检测、光电器材及生物医药等方面表现突出。系统介绍了CNQDs的主要制备方法，包括超声法、水热法、微波辅助溶剂热法、固相法、准化学气相沉积法等；基于CNQDs独特的荧光特性，重点介绍了CNQDs在Fe³⁺/Fe²⁺、Hg²⁺等金属离子，Cl^-,F^-,I^-,NO^-₂等阴离子，酚类、三聚氰胺等有机化合物及胆固醇、抗坏血酸、谷胱甘肽、核黄素等各类生物医药试剂的检测；最后，分析了CNQDs在检测领域目前面临的主要问题，并对将来...     

碳量子点的合成和应用

近几年,碳量子点作为纳米碳材料中的一颗新星,引起了人们广泛的关注。碳量子点除了具有优秀的光学性质,还有良好的水溶性、低毒性、环境友好、成本低等优点。自从碳量子点被发现以来,人们发现了多种多样的合成碳量子点的方法,主要有电化学法、化学烧蚀法、激光法和微波法等。由于碳量子点具有许多优点,被广泛应用于很多领域,特别是在光催化、生物成像、化学传感等方面。本文介绍了碳量子点的主要合成方法和主要应用。     

一步法合成特异性pH响应碳量子点及其发光机理研究

本研究利用溶剂热反应, 以柠檬酸为碳源, 甲酰胺和水为混合溶剂, 一步合成氮掺杂碳量子点。研究表明, 所制备的氮掺杂碳量子点具有良好的水溶性和明亮的蓝光发射, 以及典型的依赖于激发光的荧光发射特性。特别的是, 该碳量子点显示出不同于普通碳量子点的、独特的pH响应行为, 除了具有传统的荧光强度随着pH变化的响应行为外, 还表现出在碱性条件下, 产生新的不依赖于激发光的红光发射的性能。通过系统研究碳量子点在不同碱性环境和不同羟基含量溶液中的荧光特性, 结合拉曼光谱、红外、XPS等表征, 分析其化学组成与表面态分子, 探讨了其发光机制, 证实这种特异性pH响应行为是由于在强碱性环境中含有的大量氢氧根结合在碳量子点表面, 从而改变碳量子点的表面状态, 形成新的稳定的发光中心。最后, 通过细胞毒性实验及细胞成像分析表明, 所获得的碳量子点具有低细胞毒性, 并可作为荧光探针应用于细胞成像, 显示其在生物成像领域的潜在应用价值。     

染料敏化太阳能电池无FTO煤基炭对电极的研究

分别以气煤、焦煤、瘦煤为原料制备了低成本、高性能煤基炭对电极(counter electrodes, CEs), 并使用煤基炭CE同时代替导电玻璃基底和催化层, 分别考察了浸渍和表面修饰对煤基炭CE结构和光电性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和电化学阻抗谱等表征手段, 对煤基炭CE的结构和性能进行了表征。结果表明: 浸渍后煤基炭CE形成了底层致密表层多孔的一体化结构; 经过表面修饰的煤基炭CE表现出良好的光电性能, 其开路电压(V_oc)、短路电流密度(J_sc)和填充因子(FF)分别为0.79 V、13.48 mA/cm²和0.67, 光电转化效率(η)达到了7.16%, 与传统Pt电极的效率相当, 比石墨电极效率提高30%。煤基炭CE是传统Pt/FTO电极的良好替代材料。     

Ag-SiO2-CeF3：Tb3+复合纳米粒子的制备与发光性质

采用简单的液相法在室温下制备了均匀球形的Ag-SiO₂-CeF₃：Tb³⁺核-壳结构纳米复合发光粒子,并对其结构和性能进行了表征。测试结果表明：Ag-SiO₂表面包覆上了结晶良好的六方晶系的CeF₃：Tb³⁺。Ag-SiO₂-CeF₃：Tb³⁺纳米复合粒子为球形,尺寸约为45~60 nm,该纳米复合粒子与CeF₃：Tb³⁺一样具有良好的特征绿光发射,均以544 nm附近的Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁为最强发射峰,内核贵金属Ag纳米粒子对CeF₃：Tb³⁺发光起到了一定的猝灭作用。Ag-SiO₂-CeF₃：Tb³⁺复合材料在生物检测、疾病治疗方面具有潜在的应用。     

采用两步炭化法和熔盐模板法制备N、S共掺杂煤基硬炭及共储钠性能（英文）

硬炭因资源丰富、结构稳定及安全性高等优势,已成为钠离子电池常用阳极材料。其中,煤基衍生硬炭受到了广泛的关注。本工作以长焰煤为碳源,硫脲为氮硫源,NaCl为模板,通过两步炭化工艺和杂原子掺杂相结合的方法合成了N和S共掺杂的煤基硬炭(NSPC1200)。两步炭化过程在调节碳微晶结构和扩大层间距方面发挥了重要的作用。N和S的共掺杂调节了炭材料的电子结构,赋予其更多的活性位点;此外,引入NaCl作为模板有助于孔结构的构建,有利于电极和电解质之间的接触,从而实现Na⁺和电子的有效传输。在协同作用下,样品NSPC1200表现出优异的储钠能力,在20 mAg^-1电流密度下呈现314.2 mAhg^-1的可逆容量。即使在100 mAg^-1下循环200次,仍保持224.4 mAhg^-1的比容量。这项工作成功实现了策略性调整煤基炭材料微观结构的目标,最终获得了具有优异的电化学性能的硬炭阳极。     

长春光机所在高效多色荧光碳点及其生物应用上取得进展

正碳点(Carbon Dots)具有优异的发光特性、良好的生物相容性、低毒性、强亲水性和表面易功能化等特性,以碳点为荧光制剂结合其他官能团,可以赋予其更多的功能,这使其在生物相关方面具有广泛地潜在应用价值。并为其在生物医学等领域实际应用提供了得天独厚的有利条件。中国科学院长春光机所的孙再成研究员的研究团队在高效的多色荧光碳点的合成上取得了一系列的进展。通过简单的调控反应溶剂,合成了N掺杂的荧光碳点,所合成的荧光碳点可以在紫外、蓝光和绿光激发下发出接近于单色的蓝、绿和     

废弃聚酯发光纤维的降解及产物性能研究

为探究聚酯发光纤维中发光材料SrAl₂O₄∶Eu²⁺,Dy³⁺及其降解产物回收再利用的可行性，以废弃聚酯发光纤维为原料，在传统乙二醇(EG)降解体系中加入二甲苯溶剂，用溶解-降解方法来回收SrAl₂O₄∶Eu²⁺,Dy³⁺和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)降解产物以达到循环利用目的，并通过改变EG用量及反应时间来优化降解效果。利用扫描电镜、X射线衍射仪、荧光余辉亮度仪等对SrAl₂O₄∶Eu²⁺,Dy³⁺的表面形貌及发光性能进行表征；利用核磁共振氢谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热仪等对降解产物的性能及分子含量进行表征，结果表明，降解过程对SrAl₂O₄∶Eu²⁺,Dy³⁺的晶格没有影响，回收率达97%,发光亮度达6.264cd/m^2<...     

生姜荧光碳量子点的制备及对水样中MnO-4的高灵敏度检测

以生姜为原料，采用水热法制备了荧光碳量子点(CQD)。通过透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、荧光光谱以及紫外吸收光谱(UV-Vis)等手段对制备的CQD进行了表征，探索了CQD对MnO^-₄的检测。结果表明：在180℃,12h的条件下制备的生姜CQD的平均粒径为2.4nm,且具有很好的分散性。CQD的荧光可被MnO^-₄有效猝灭，且猝灭程度与MnO^-₄浓度在0～1000μmol/L范围内呈良好的线性关系，R²=0.991,检测限低至0.059μmol/L。将此CQD用于环境水样中MnO^-₄的检测，回收率为94.72%～113.36%,结果较好。所建立的荧光方法具有简单、分析速度快、选择性好和成本低的优点。     

CuInS2/ZnS核壳结构量子点的水相制备与性能研究

因不含Cd、Pb、Te等有毒元素, 且具有在可见光至近红外光波段可调的发光性能, 铜铟硫(CuInS₂)量子点作为一种新型的I-III-VI型三元半导体材料, 广泛应用于分析检测和生物成像等领域。本研究采用一种低毒低温的方法快速合成CuInS₂量子点及其ZnS核壳结构量子点, 不仅利用ZnS带隙较宽且表面缺陷少的特点, 弥补了CuInS₂量子点的劣势, 提高了CuInS₂量子点的发光性能; 同时由于低毒性ZnS壳层的包覆, 进一步降低生物毒性。当Cu∶In摩尔比为1∶1时, CuInS₂量子点于530 nm处出现明显的发射峰, 且随着In含量的增加, 发光峰逐渐红移。包覆ZnS壳层后, CuInS₂量子点的发光强度明显增大, 且谱峰明显红移。当Cu∶Zn比为1∶1, 回流时间为45 min时, 合成的CuInS₂/ZnS量子点发光性能最优。该合成方法节省能源、生产效率高、绿色环保, 具有较大的应用前景。     

绿萝制备蓝色荧光碳量子点及对Fe3+的检测

以绿萝为原料,通过水热法合成了蓝色荧光碳量子点(CQDs),考察了原料质量浓度、水热温度、CQDs浓度对CQDs荧光强度的影响,确定了最佳工艺条件：原料质量浓度3.3g/L、反应温度260℃、反应时间4h,此条件下制备的CQDs荧光强度最高。同时研究了盐离子浓度、紫外灯光照射时间、溶液pH对CQDs荧光强度的影响,结果表明CQDs有较好的盐稳定性和光稳定性,对pH有一定的依赖性,酸性条件下CQDs荧光强度相对较高。傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱分析表明CQDs表面含有羟基、羧基等官能团,在水中有良好的溶解性。Fe³⁺对CQDs的荧光有明显的猝灭作用,其他金属离子对其干扰性小,基于荧光强度与Fe³⁺浓度之间的线性关系,CQDs能快速地检测水溶液中Fe³⁺浓度,最低检测限为0.77μmol/L。     

纳米纤维素发光材料研究进展

纳米纤维素发光材料不仅具有发光基团特有的光物理或光化学性能,还具备纳米纤维素的可生物降解、生物相容、环境友好等特性,拓展了功能化纤维材料的应用领域.根据制备方法,纳米纤维素发光材料可分为三类:纳米纤维素/碳量子点复合发光材料、纤维素发光碳量子点和纳米纤维素/荧光染料复合发光材料.纳米纤维素发光材料具有独特的光学特性及结...     

煤基球形多孔碳用于锂离子电池负极材料的性能研

因具有较短的锂离子扩散路径、大的比表面积等优势, 球形碳材料在锂离子电池负极材料中展露出良好的应用前景。研究以新疆库车产煤为原料, 采用电弧放电法及化学活化法制备出了具有多孔结构的煤基球形碳。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附法和恒电流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明, 在100 mA/g的电流密度下, 煤基球形多孔碳的首次放电比容量可达到1188.9 mAh/g, 远高于商业石墨负极372 mAh/g的理论比容量。此外, 该材料还表现出了良好的循环稳定性, 经历200圈循环后的放电比容量为844.9 mAh/g。煤基球形多孔碳优异的电化学性能得益于活化过程所产生的分级孔道结构能为锂离子提供更多储存空间, 从而提高了电极的容量及循环稳定性。     

CaMoO4:Eu3+,Li+红色荧光粉空心球的制备和发光性能

以硝酸钙、氧化铕、碳酸锂和钼酸铵为原料,用喷雾热解法合成了CaMoO₄:Eu³⁺,Li⁺红色荧光粉。用X射线衍射、扫描电子显微镜和荧光光谱对样品的物相、显微形貌和发光性能进行了表征,研究了喷雾热解温度对发光性能的影响。结果表明,随着热解温度的升高样品的发光亮度先增后减,在400℃达到最大值,样品为四方晶系CaMoO₄,其显微形貌呈空心球形,平均球径为1.4μm;这种荧光粉样品可被395 nm的紫外光和465 nm的蓝光有效激发,发出617 nm的红光。     

Eu3+掺杂硼酸盐玻璃的发光性质及其热稳定性研究

荧光玻璃具有发光中心分布均匀和热稳定好等优点, 成为LED领域研究的热点。本研究采用传统的高温熔融淬火法合成了一系列Eu³⁺掺杂的硼酸盐玻璃, 通过荧光光谱手段对其发光性质及热稳定性进行了表征; 利用Van Uitert模型对样品中Eu³⁺的浓度猝灭行为进行了研究。结果表明: 样品中Eu³⁺的浓度猝灭机理为Eu³⁺离子间的交换作用导致的无辐射能量传递; 利用Arrhenius公式对荧光玻璃样品的温度猝灭行为进行了分析。结果表明: 样品中Eu³⁺的发光温度猝灭属于Crossover过程; 最后分析了Eu³⁺与荧光玻璃基质之间的相互作用。     

煤基球形多孔碳用于锂离子电池负极材料的性能研究

因具有较短的锂离子扩散路径、大的比表面积等优势,球形碳材料在锂离子电池负极材料中展露出良好的应用前景。研究以新疆库车产煤为原料,采用电弧放电法及化学活化法制备出了具有多孔结构的煤基球形碳。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸脱附法和恒电流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,在100 m A/g的电流密度下,煤基球形多孔碳的首次放电比容量可达到1188.9 mAh/g,远高于商业石墨负极372 mAh/g的理论比容量。此外,该材料还表现出了良好的循环稳定性,经历200圈循环后的放电比容量为844.9 mAh/g。煤基球形多孔碳优异的电化学性能得益于活化过程所产生的分级孔道结构能为锂离子提供更多储存空间,从而提高了电极的容量及循环稳定性。