多色荧光碳点调控及其应用

发布时间：2021-06-17 06:04

　　碳点（carbon dots,CDs）由于具有优异的荧光性能、低毒性、原料广泛、生物相容性好等优点,受到了研究人员的广泛关注。然而,目前大部分CDs的发射波长位于蓝光和绿光的短波长区域,这限制了CDs的广泛应用。多色CDs的合成对长波长CDs合成具有一定的指导作用,并且可以拓宽其应用。因此,本文从CDs的粒径、内部结构和表面态角度阐述了CDs的多色发光机理,综述了实现多色CDs的调控措施（包括反应原料、反应参数、表面改性和分离提纯）及其在发光二极管和生物成像方面的应用。 

【文章来源】：材料工程. 2020,48(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

以水(a),甘油(b)和DMF(c)为溶剂制备CDs的透射电子显微镜图像和其在太阳光(左上)和紫外光(左下)下的照片,

Guo等[23]认为N含量也会改变CDs的带隙,从而改变其发射波长。他们通过增加含氮反应原料的比例合成6种具有不同发光波长的CDs。这些CDs的粒径相近,因此其荧光特性的不同并非源于量子尺寸效应。CDs的结构表征表明N掺杂引起的不同表面态造成了多色荧光发射,如图2(b)所示,N原子的引入会使CDs表面态更加均一并降低其能级,减小其带隙,从而造成CDs发射波长的红移。此外,一些研究发现CDs的石墨化程度和表面态共同影响CDs的发光波长。Miao等[28]通过调节柠檬酸和尿素的配比及反应温度,获得发射从蓝到红的多色CDs,其发射峰从430 nm红移到630 nm。选择其中具有代表性的蓝、绿、红三色CDs进行研究,其光学性能如图3(a)～(c)所示。虽然3种CDs具有几乎相同的粒径(3.96,4.12 nm和4.34 nm),但随着发射峰的红移,它们的X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)图(图3(d))中位于26.6°的峰逐渐增强,且拉曼图谱(图3(e))中D峰和G峰的强度比逐渐减小,这证明CDs石墨化程度增加;进一步从X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)的高分辨C1s图谱(图3(f)～(h))中可以看出,CDs表面的羧基含量随发射波长的红移而增大。因此,该研究中,CDs的荧光发射受石墨化程度和表面羧基含量共同控制,随着石墨化程度和表面羧基含量的增加,CDs的发射波长会发生红移。

此外,一些研究发现CDs的石墨化程度和表面态共同影响CDs的发光波长。Miao等[28]通过调节柠檬酸和尿素的配比及反应温度,获得发射从蓝到红的多色CDs,其发射峰从430 nm红移到630 nm。选择其中具有代表性的蓝、绿、红三色CDs进行研究,其光学性能如图3(a)～(c)所示。虽然3种CDs具有几乎相同的粒径(3.96,4.12 nm和4.34 nm),但随着发射峰的红移,它们的X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)图(图3(d))中位于26.6°的峰逐渐增强,且拉曼图谱(图3(e))中D峰和G峰的强度比逐渐减小,这证明CDs石墨化程度增加;进一步从X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)的高分辨C1s图谱(图3(f)～(h))中可以看出,CDs表面的羧基含量随发射波长的红移而增大。因此,该研究中,CDs的荧光发射受石墨化程度和表面羧基含量共同控制,随着石墨化程度和表面羧基含量的增加,CDs的发射波长会发生红移。2 多色荧光CDs的合成

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳量子点激发依赖荧光特性的机理、调控及应用[J]. 王军丽,王亚玲,郑静霞,于世平,杨永珍,刘旭光.  化学进展. 2018(08)

硕士论文
[1]多色荧光发射碳量子点的制备及其在金属离子检测中的应用[D]. 王延冰.中北大学 2018
[2]功能化荧光碳点的合成及其在重金属离子检测和细胞成像中的应用[D]. 孙晓晗.兰州大学 2017
[3]碳量子点基发光薄膜的合成及其光致和电致发光性质[D]. 张峰.太原理工大学 2017



本文编号：3234627