碳量子點（CQD）具有化學惰性,生物相容性和低毒性等優(yōu)勢,可能在能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛的應用. CQD可通過表面被聚合物（例如PEG）鈍化而表現(xiàn)出很強的光致發(fā)光特性.在生物成像,疾病檢測和藥物輸送中使用表面鈍化后的功能化生物分子更為有效.并且碳材料由于其優(yōu)異的電化學性能還展現(xiàn)出在催化、電子器件等許多領(lǐng)域廣泛的應用前景.我們將對近年來碳量子點發(fā)光材料的研究進行總結(jié),并討論碳量子點在能源、環(huán)境和其他一些領(lǐng)域的應用. 

【文章來源】：分子催化. 2020,34(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：15 頁

【部分圖文】：

碳量子點的發(fā)現(xiàn)[10-11]

CQD通常是準球形或片狀的納米顆粒, 包含有無定形的納米晶核, 它們主要是石墨或渦輪復層碳(sp2碳)或石墨烯, 通過類金剛石sp3雜化碳插入物融合而形成的氧化石墨烯片(圖2)[12-13]. CQD表面有許多羧基部分, 這些羧基部分使其展現(xiàn)出出色的水溶性和適合的化學反應性, 可用于進一步官能化, 并與各種有機聚合物、 無機或生物材料形成表面鈍化基團. 表面官能化不僅能夠調(diào)控其在水性和非水性溶劑中的溶解度, 而且可使其熒光特性得到增強[14]. 碳量子點同時具有下轉(zhuǎn)換與上轉(zhuǎn)換發(fā)光的性能, 相應發(fā)光機理如下.2.1 下轉(zhuǎn)換光致熒光發(fā)光(PL)

GQD的下轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光機制被認為是由表面/邊緣狀態(tài)的共軛π域引起的[16-17]. Lin等 [16]通過剝落和分解石墨薄片制備了大約20 nm具有明顯的單層和清晰鋸齒形邊緣的GQD, 在鋸齒形邊緣的三碳烯中產(chǎn)生了一個新打開的帶隙, 對應于三碳烯中從最高占據(jù)分子軌道(HOMO)到σ, 到最低空分子軌道(LUMO)到π軌道的過渡. 這種PL機理是由之字形邊緣的三重卡賓態(tài)決定的, 而不是由量子限制效應決定的(圖3a). Xu等 [17]也使用單粒子光譜測量來研究了GQD的PL行為, 如圖3b所示, 他們認為是通過π-π*躍遷的光激發(fā)電子弛豫為sp2能級或缺陷態(tài), 從而產(chǎn)生藍色PL. 由于sp2碳域內(nèi)電子的量子限制效應, 藍色發(fā)射可能具有離散的特征. 長波長發(fā)射與含氧官能團(在邊緣和/或在基面上)和石墨烯核的雜化結(jié)構(gòu)有關(guān). 盡管顆粒之間的大小和層數(shù)存在明顯差異, 但所有研究的GQD都具有幾乎相同的光譜線形狀和峰位置, 表明這些GQD的PL是由其表面狀態(tài)引起的.另外, 對于CQD, 通常認為是在紫外光的激發(fā)下, 電子由HUMO躍遷至LUMO的過程實現(xiàn)的. 相關(guān)研究也表明碳量子點的這種PL特性隨尺寸的不同會發(fā)生變化. Li等[18]通過理論計算得出碳量子點 HOMO-LUMO能隙對CQD片段大小具有依賴性(見圖4), 隨著片段大小的增加, 能隙逐漸減小, 而不同尺寸的CQD具有不同的發(fā)光性能, 發(fā)射光譜隨著尺寸的變小而發(fā)生藍移. 由此發(fā)現(xiàn)CQD的PL特性來自量子尺寸的材料結(jié)構(gòu)本身, 而不是碳氧表面. 并且通過表面鈍化降低了表面缺陷態(tài)而引起的電子輻射復合, 可以有效提高量子產(chǎn)率.


本文編號：3025648