金属和非金属掺杂功能化碳量子点的制备及多领域应用
碳量子点的合成、性质及应用
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第5期·1734·化 工 进展碳量子点的合成、性质及应用高雪1，2，孙靖1，2，刘晓1，2，王华1，2，韩金玉1，2（1天津大学化工学院，天津 300072；2绿色合成与转化教育部重点实验室，天津 300072）摘要：碳量子点的研究引起了国内外学者的广泛关注，近年来更是掀起了以天然物质为碳源制备碳量子点的研究热潮。
本文基于碳量子点的最新研究进展，总结了碳量子点不同的合成方法，主要包括电弧放电法、激光销蚀法、电化学合成法等“自上而下”合成法与燃烧法、水热法等“自下而上”合成法。
此外，还重点介绍了碳量子点的表征技术，如透射电子显微镜、拉曼光谱、荧光光谱、紫外可见光谱、X 射线衍射、核磁共振技术等，以及碳量子点的性质及其在生物成像、生物传感与检测和光催化等领域的应用。
最后展望了未来碳量子点在光催化、电催化等领域研究工作的发展方向。
关键词：碳量子点；合成方法；荧光；生物成像；光催化中图分类号：O613.71 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1734–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.023Carbon quantum dots: synthesis ，properties and applicationsGAO Xue 1，2，SUN Jing 1，2，LIU Xiao 1，2，WANG Hua 1，2，HAN Jinyu 1，2（1School of Chemical Engineering and Technology ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China; 2Key Laboratory forGreen Chemical Technology of Ministry of Education ，Tianjin 300072，China ）Abstract ：As a kind of burgeoning carbon nanomaterials ，carbon quantum dots have attracted muchresearch attention in recent years ，especially those prepared by using natural substances as the origin of carbon. In this review ，various synthesis methods of carbon quantum dots were introduced based on the latest research progress ，including top-down approach and bottom-up approach. In addition ，we summarized the typical characterization methods for carbon dots ，such as TEM ，Raman spectrum ，fluorescence spectrum ，ultraviolet-visible spectrum ，X-ray diffraction ，and nuclear magnetic resonance. The properties of carbon quantum dots and their applications in bioimaging ，biological sensing and detection as well as photocatalysis are also introduced. Finally ，the future development of carbon quantum dots in photocatalysis and electrocatalysis are forecasted. Key words ：carbon-quantum-dots ；synthetic approaches ；photoluminescene ；bioimaging ；photocatalysis碳元素是自然界中含量最丰富的元素之一，也是构成生命体最基本的元素。
碳量子点荧光材料的制备及其对金属离子检测的应用研究进展
碳量子点荧光材料的制备及其对金属离子检测的应用研究进展肖秀婵; 秦淼; 李强林; 任亚琦; 周筝【期刊名称】《《功能材料》》【年(卷),期】2019(050)009【总页数】6页(P63-68)【关键词】碳量子点; 制备方法; 金属离子检测; 应用领域【作者】肖秀婵; 秦淼; 李强林; 任亚琦; 周筝【作者单位】成都工业学院智慧环保大数据中心成都 611730【正文语种】中文【中图分类】X8320引言重金属污染已成为全球性环境问题之一，对人类健康造成不可逆转性的损害。
重金属具有分布广泛、形态多样、降解难、毒性高等特点，可以通过各种形式进入到土壤、空气和水体中，最终通过食物链或者直接接触的方式进入人体，并在体内累积，导致生物体内的蛋白质结构发生不可逆的改变，影响组织细胞功能，进而引发各种疾病[1]。
随着人们健康意识和环保意识的增强，重金属检测技术的研究越来越受到重视。
目前已有多种检测方法可以实现灵敏的重金属离子检测，如原子吸收光谱法、原子荧光发射法、电感耦合等离子质谱法和荧光探针法等，可用于微量或痕量重金属离子的测定[2-4]，但受限于检测过程繁琐、运行费用高、不易携带且需要经过专门训练的人员操作等缺点，这些技术难以满足日益增长的现场监测和在线分析等需求。
因此，开发快速、灵敏、准确的重金属分析方法，对于保护环境和提高人类的生存质量均具有重要意义。
碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)是由分散的类球状碳颗粒组成，尺寸极小(在10 nm以下)，具有荧光性质的新型纳米碳材料[5]。
自从2004年美国南卡罗莱纳大学的Xu等[6]在制备单壁碳纳米管(SWCNTs)时，首次发现了可以放出明亮荧光的碳量子，随后2006年Sun等[7]通过激光烧蚀石墨粉和水泥获得荧光碳点，近年来吸引了越来越多的科学家广泛关注。
碳量子点具有极小的尺寸、优良的水溶性、化学稳定性、低毒性、良好的生物相容性、低廉的成本、较强的[1]量子限域效应、稳定的荧光性能等一系列优异性能，在生物成像、有机物分析和光催化等多个领域具有潜在的应用前景，因此具有巨大的研究价值[8-9]。
碳量子点的制备及性能研究
碳量子点的制备及性能研究一、本文概述随着纳米科技的迅速发展，碳量子点（Carbon Quantum Dots，简称CQDs）作为一种新兴的碳纳米材料，以其独特的光学性质、良好的生物相容性和环境友好性，在生物成像、光电器件、药物传递和环境治理等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在全面介绍碳量子点的制备方法、结构特性以及潜在的应用价值，通过深入研究和分析，为碳量子点的进一步应用和发展提供理论支持和实践指导。
本文将首先综述碳量子点的制备技术，包括自上而下和自下而上两大类方法，如激光烧蚀、电化学氧化、热解和微波合成等。
随后，文章将重点探讨碳量子点的光学性能、电子结构和表面性质，以及这些性质如何影响其在实际应用中的表现。
本文还将对碳量子点在生物成像、光电器件、药物传递和环境污染治理等领域的应用进行详细介绍，并展望其未来的发展趋势和挑战。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个关于碳量子点制备及性能研究的全面视角，并激发更多科研工作者对这一领域的兴趣和热情，共同推动碳量子点在纳米科技领域的发展和应用。
二、碳量子点的制备方法碳量子点的制备方法多种多样，主要包括自上而下法（Top-Down）和自下而上法（Bottom-Up）两大类。
自上而下法主要是通过物理或化学方法将大尺寸的碳材料（如石墨、碳纳米管等）剥离成小的碳量子点。
这些方法包括激光烧蚀法、电弧放电法、电化学氧化法等。
这些方法制备的碳量子点通常具有较好的结晶性和稳定性，但尺寸分布较宽，制备过程可能涉及高温或高压，操作条件较为苛刻。
自下而上法则是通过小分子前驱体的热解、水解或化学合成等方式，逐步生长成碳量子点。
常用的方法有热解法、水热法、模板法、微波法等。
这些方法制备的碳量子点尺寸较为均匀，可以通过改变前驱体或反应条件来调控碳量子点的结构和性质。
自下而上法制备过程相对温和，操作简便，有利于实现大规模生产。
除了上述两类方法外，还有一些新兴的制备方法，如超声剥离法、溶剂热法、表面功能化法等。
碳量子点综述
碳量子点综述胡东旭 2014级环境工程卓越班 201475050112摘要:碳量子点(CQDs, C-dots or CDs)是一种新型的碳纳米材料，尺寸在10 nm以下，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、光稳定性等优异性能，是碳纳米家族中的一颗闪亮的明星。
最近几年的研究报道了各种方法制备的CQDs在生物医学、光催化、光电子、传感等领域中都有重要的应用价值。
这篇综述主要总结了关于CQDs的最近的发展，介绍了CQDs的合成方法、物理化学性质以及在生物医学、光催化、环境检测等领域的应用。
1 引言在过去的20年间，鉴于量子点特殊的性质，尤其是量子点相对于有机染料而言，容易调节的光学性质和抗光降解性质，使量子点得到了广泛的关注。
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等缺点，则有望广泛地应用于生物传感和上物成像领域。
最近几年，量子点的研究非常活跃，尤其是关于它在生物和医学中的应用。
量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但是这些材料一般有毒，对环境也有危害。
所以科学家们开始在一些良性化合物中提取量子点。
因此，很多的研究均围绕着合成毒性更低的其它材料量子点来进行，这些替代材料的碳量子点，如硅纳米粒子、碳量子点均具有优异的光学性质。
相对金属量子点而言，碳量子点无毒害作用，对环境的危害很小，制备成本低廉。
它的研究代表了发光纳米粒子研究进入了一个新的阶段。
2 碳量子点的合成大多数的碳量子点主要是由无定形的碳到晶化的碳核组成的以sp2杂化为主的碳，碳量子点的晶格间距和石墨碳或者无定形层状碳的结构一致。
如果没有其他修饰试剂的修饰碳量子点表面会含有一些含氧基团，而含氧基团的多少和种类与实验条件相关。
发光碳量子点的合成方法可以分为两大类（图一），化学法和物理法。
图一碳量子点的制备方法2.1化学法2.1.1电化学法Zhou利用离子液体辅助电解高纯石墨棒和高温热解纯定向石墨(HOPG)于离子液体和水溶液中，通过控制离子了液体中水的含量得到不同荧光性质的荧光纳米粒子、纳米带、石墨等产物。
碳量子点的合成及其应用
碳量子点的合成及其应用摘要：碳量子点具有良好的光学性质，是一种零维碳纳米材料，多种方式合成制备出的碳量子点粒径尺寸分布均匀，分散性良好，水溶性也较好，碳量子点的应用也非常广泛，在医学领域，化学合成，环境改善方面等都有很好的应用。
关键词：碳量子点；合成引言近年来，碳量子点（CQDs）作为一种新型发光体材料，它不仅具有一定的发光特性，而且也具有光稳定性。
更重要的是，碳量子点不像其它的难溶物质，它的溶解性较好，在水溶液或者其它溶剂中都有较好的溶解性。
在化学检测和合成方面，碳量子点可以功能化，因其优点众多，碳量子点受到了广泛的关注。
不仅如此，碳量子点表面含有大量的基团，例如羟基和羧基等，可以和多种物质进行合成，使它具有水溶性和生物相容性。
碳量子点表面的含氧基团更是为检测水体和土壤中的重金属提供了路径。
碳量子点还具有荧光特性，它的荧光性质为各种传感器提供了有力条件，可以用来检测各种金属或者非金属离子。
碳量子点的发现，可以追溯到2004年。
Xu等人[1]在使用电弧放电法分离纯化单壁碳纳米管的过程中，意外发现了一种新型的纳米级荧光材料，这是碳量子点的最早的发现。
之后Sun等人[2]在2006年用 Nd:YAG激光对石墨和水泥的混合物进行激光刻蚀，然后对其表面进行钝化，制备出了纳米尺寸的碳类似物，并称之为碳点。
目前碳量子点的制备方法可分为两大类：“自上而下”和“自下而上”。
“自上而下”主要包括电弧放电法、激光销蚀法、电化学法和强酸氧化法等。
“自下而上”包括溶剂热合成法、微波合成法、模板法、燃烧法等。
同时碳点在化学传感器、生物成像、药物载体、指纹识别、光治疗技术等方面有实际的用途。
下面对碳点的合成方法和具体的应用领域进行简单的介绍。
一、碳量子点的合成方法1.“自上而下”法。
（1）电弧放电法人们最先发现的碳点，就是使用电弧放电的方法合成的。
在2004年，Xu等人[1]在制备单壁碳纳米管(SWCNTs)时，发现了具有荧光的碳纳米材料，得到了三种粒子，他们利用电弧放电引入羧基官能团，达到增强水溶性的目的，然后用氢氧化钠来提取沉淀物，后进行分离纯化时，发现制备出的碳量子点在365 nm处，能够出现三种颜色的荧光：蓝绿色、黄色、橙色。
碳量子点复合材料综述-概述说明以及解释
碳量子点复合材料综述-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：碳量子点是一种新兴的纳米材料，其具有优良的光电性能和化学稳定性，被广泛应用于生物医学、光电器件、传感器和催化等领域。
碳量子点复合材料是将碳量子点与其他功能性物质结合，形成具有更强特性和性能的复合材料。
本文将综述碳量子点复合材料的研究现状、应用前景和存在的挑战，旨在为碳量子点复合材料领域的研究提供参考和启发。
内容文章结构如下：第一部分为引言，介绍了碳量子点复合材料的背景和意义，包括概述、文章结构和目的。
第二部分是正文，包括碳量子点的概念与特性、碳量子点在材料科学中的应用以及碳量子点复合材料的研究进展。
第三部分是结论，主要讨论碳量子点复合材料的潜在应用、挑战与展望以及对整个文章进行总结。
}}}}请编写文章1.2 文章结构部分的内容1.3 目的本文的主要目的是系统地综述碳量子点复合材料的最新研究进展，探讨其在材料科学领域中的重要应用和潜在价值。
同时，分析当前碳量子点复合材料在技术应用上的挑战和存在的问题，以及未来发展的展望和方向。
通过本文的撰写，旨在为相关领域的研究者提供一个全面的了解碳量子点复合材料的综合性指南，促进该领域的进一步发展和创新。
内容2.正文2.1 碳量子点的概念与特性碳量子点是一种纳米级别的碳材料，具有类似于半导体量子点的特性，其尺寸通常在1-10纳米之间。
碳量子点具有许多独特的物理和化学特性，例如量子尺寸效应、较高的比表面积、优异的光学性能和化学稳定性。
在碳量子点的结构中，通常包含着碳原子和功能性基团（如羟基、羧基、氨基等），这些功能性基团赋予碳量子点不同的性质和应用潜力。
碳量子点具有优异的光电性能，如高荧光量子产率、宽光谱吸收和发射范围，以及可调控的光学性能。
碳量子点还具有较高的化学稳定性和生物相容性，使其在生物医学领域中受到广泛关注。
此外，碳量子点的表面功能化也为其在传感器、光催化、药物传递等领域的应用提供了可能。
总的来说，碳量子点作为一种新兴的碳材料，具有丰富的潜在应用，并在材料科学领域中展现出巨大的应用前景。
荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展
荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展一、本文概述荧光碳点，作为一种新兴的碳纳米材料，近年来在科研领域引起了广泛关注。
由于其独特的光学性质、良好的生物相容性、易于表面功能化以及出色的稳定性，荧光碳点在生物成像、药物递送、传感器以及光电器件等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在全面概述荧光碳点的制备方法、基本性质以及最新的应用研究进展。
我们将首先介绍荧光碳点的合成策略，包括自上而下和自下而上的主要方法，并讨论其结构、光学特性及稳定性等基本性质。
接着，我们将综述荧光碳点在生物成像、药物递送、传感器、光电器件等领域的应用案例和最新研究进展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个关于荧光碳点全面而深入的了解，为其在科研和实际应用中的进一步发展提供有益的参考。
二、荧光碳点的制备方法荧光碳点（Carbon Dots，简称CDs）作为一种新兴的纳米材料，因其独特的光学性质、良好的生物相容性和环境友好性，在生物成像、传感、光电器件等领域展现出巨大的应用潜力。
近年来，荧光碳点的制备方法得到了广泛的研究和发展。
自上而下法：自上而下法主要通过物理或化学手段将大尺寸的碳材料（如石墨、碳纳米管等）剥离或切割成纳米尺寸的碳点。
例如，激光烧蚀法就是利用高能量的激光束照射碳源，使其瞬间蒸发并冷凝形成碳点。
这种方法制备的碳点通常具有较好的结晶性和均一性，但设备成本较高，产率较低。
自下而上法：自下而上法则是通过化学反应，如热解、水热、微波等，使小分子碳源（如柠檬酸、葡萄糖等）发生碳化并聚集形成碳点。
这种方法操作简单，原料易得，因此在实际应用中更为常见。
例如，水热法就是在高温高压的条件下，使碳源发生碳化并生成碳点。
这种方法制备的碳点通常具有丰富的表面官能团，易于进行后续的修饰和功能化。
模板法：模板法是利用具有特定形貌和结构的模板材料，通过物理或化学手段将碳源填充到模板的孔道或空腔中，然后去除模板，得到具有特定形貌和结构的碳点。
这种方法可以精确控制碳点的尺寸和形貌，但制备过程较为复杂，且需要去除模板，可能引入杂质。
碳量子点的制备、性能及应用研究进展
碳量子点的制备、性能及应用研究进展一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，碳量子点（Carbon Quantum Dots, CQDs）作为一种新兴的碳纳米材料，近年来引起了广泛的关注。
本文旨在全面综述碳量子点的制备技术、物理化学性能及其在各个领域的应用研究进展。
我们将介绍碳量子点的基本结构、性质和制备方法，包括自上而下和自下而上两大类方法。
然后，我们将重点讨论碳量子点在光学、电学、磁学等多方面的性能，并探讨其性能优化策略。
我们将综述碳量子点在生物成像、药物递送、光电器件、环境科学等领域的应用现状和发展前景。
通过本文的阐述，希望能够为碳量子点的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、碳量子点的制备方法碳量子点的制备方法多种多样，主要包括自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）两大类方法。
自上而下法：这种方法通常利用物理或化学手段，将较大的碳材料（如石墨、碳纳米管等）破碎成纳米尺寸的碳量子点。
常见的物理方法包括激光烧蚀、电弧放电和球磨等，而化学方法则主要包括酸氧化、电化学氧化和热处理等。
自上而下法的优点是可以大规模制备，但制备过程中可能会引入杂质，影响碳量子点的纯度和性能。
自下而上法：这种方法则是以小分子为前驱体，通过化学反应或热解等方法，合成出碳量子点。
常见的前驱体包括柠檬酸、葡萄糖、乙二胺等有机物，以及二氧化碳、甲烷等无机物。
自下而上法的优点是可以精确控制碳量子点的尺寸、结构和表面性质，制备出的碳量子点纯度高、性能稳定。
但这种方法通常需要较高的反应温度和较长的反应时间，制备成本较高。
近年来，研究者们还开发了一些新型的制备方法，如微波辅助法、超声法、模板法等。
这些方法结合了自上而下和自下而上的优点，既可以实现大规模制备，又可以精确控制碳量子点的性质。
随着纳米技术的不断发展，研究者们还在探索利用生物方法制备碳量子点，如利用微生物、植物提取物等作为前驱体，通过生物合成的方式制备出具有特殊性能的碳量子点。
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金属和非金属掺杂功能化碳量子点的制备及多领域应用
随着纳米技术的发展，碳量子点作为一种新型的纳米材料，因其独特的物理、化学、光学和生物学性质而备受关注。
然而，为了拓展其应用领域，需要对其进行功能化。
金属和非金属掺杂是一种有效的功能化方法，可以调控其光学和电学性质，从而实现针对不同应用领域的优化设计。
本文将详细介绍金属和非金属掺杂功能化碳量子点的制备方法、特性分析和应用研究进展。
涉及到的应用领域包括生物医学、传感器、催化剂、光电子等多个领域。
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