发光碳量子点的合成、性质和应用.pdf

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1、第30卷第4期应用化学Vol

2、30Iss．42013年4月CHINESEJOURNAL0FAPPLIEDCHEMISTRYApr．2013发光碳量子点的合成、性质和应用张川洲。谭辉。毛燕李刚。韩冬雪牛利(吉林省产品质量监督检验院长春130022；中国科学院长春应用化学研究所长春130022)摘要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

3、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。关键词碳量子点，荧光，量子点，纳米粒子中图分类号：0652文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)04-0367-06D0I：10．3724／SP．J．1095．2013．20462在过去的2O年间，鉴于量子点(Quantumdots，QDs)特殊的性质，尤其是QDs相对于有机染料而言，容易调节的光学性

4、质和抗光降解性质，使QDs得到了广泛的关注J。如果量子点可以克服造价昂贵、合成条件严格和众所周知的高毒性(如CdSe和CdTe量子点)等缺点，则有望广泛地应用于生物传感_2和生物成像领域。因此，很多的研究均围绕着合成毒性更低的其它材料QDs来进行，这些替代材料的QDs，如硅纳米粒子J、碳量子点均具有优异的光学性质。碳量子点(carbondots，C—dots)是一类尺寸在10nm以下的新型碳纳米材料，是在电泳法制备单壁碳纳米管(SWCNTs)的纯化过程中被Xu等首次发现的J。当使用凝胶电泳法来处理SWCNTs悬浮液时，出乎

5、研究人员的预料，悬浮液含有3种纳米材料，其中一个在电泳图上能产生高发光的快速移动带；研究还发现，这种含碳材料可以分出一部分具有尺寸相关荧光性质的成分，继续分析这类未知荧光材料的性质，研究人员断定这类材料将成为很有价值的纳米材料J。从C—dots被发现开始，就引起了很多研究小组的广泛关注，研究人员希望能探索出C—dots光物理性质的机理，发现更好的合成线路，拓宽其应用领域等。值得一提的是，近期发现C．dots可以在近红外光(near—infrared，NIR)下激发，在NIR光谱区域内发射荧光]，由于生物组织可以透过NIR光

6、，因此，该发现将对C—dots应用于活体生物纳米技术领域起到非常重要的作用。另外，在水溶液中，C—dots的荧光可以有效地被电子受体或者电子给体所猝灭，这说明C．dots既是电子给体，也是电子受体]。C—dots的光引发电子转移性质将使其广泛地应用于光能量转换、光伏设备和相关领域，并且也可作为纳米探针来检测离子¨。本文将介绍C．dots研究领域的一些最新成果，主要包括C—dots的合成、表面功能化、发光性质和应用等方面。1合成方法C-dots的合成方法可以分为两大类：化学法和物理法。化学法包括电化学法“、氧化法、微波201

7、2—10—15收稿，2012—11-05修回国家自然科学基金(21205112)、吉林省科技发展计划项目(201215091)资助通讯联系人：韩冬雪，副研究员；Tel：0431~5262425；Fax：0431~5262800；E—mail：dxhan@ciac．j1．cn；研究方向：纳米结构材料和生物传感应用化学第3O卷法[1和模板法等；物理法包括电弧放电法和激光烧蚀法¨等。1．1化学法Zhou等[1首先报道了用电化学法合成C—dots。在电化学池中，以碳纸上通过化学气相沉积法(CVD)制得的多壁碳纳米管(MWCNTs)

8、作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag／AgC10作为参比电极，含0．1mol／L四丁基高氯酸铵的乙腈溶液作为电解液(实验前先除氧)，在一2．0一+2．0V之间循环施加扫速为0．5V／s的电势，可以观察到溶液由无色变为黄色，最后再变为深棕色，表明C-dots从MWCNTs上剥离下来了，并且在溶液中的量越来越多。然后，蒸发掉乙腈，将得到的含有C—dots的固体重新分散在水中，通过透析的方式去除残留的电解质盐，得到粒径在(2．8±0．5)nm的C—dots。Liu等使用燃烧蜡烛煤烟的方法制备了量子产率为2．0％的C—dotsBou

9、rlinos等¨通过热解不同的柠檬酸铵盐来合成C—dots，其中柠檬酸单元作为碳源；Peng等Ⅲ报道了一种简单的水溶液法来合成C．dots，采用糖类作为碳源，先将糖类通过浓硫酸脱水制得含碳的前体，再使用硝酸将这些含碳的前体破裂成单个的碳粒子，最后，用氨基端基的化合物来对碳粒子进行钝化得到发荧光的C-do