碳量子点简介PPT课件
碳量子点的制备与介绍
碳量子点的制备与介绍碳量子点（Carbon Quantum Dots，CQDs）是一种直径小于10纳米的碳基纳米材料。
它们具有许多优良的性质，如较高的化学稳定性、优异的光学性能和生物相容性，因此在生物医学、能源存储和光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
本文将介绍碳量子点的制备方法以及它们的一些主要特性。
首先，我们来看一下碳量子点的制备方法。
目前有几种常用的方法用于合成碳量子点，包括炭化物热解法、水热法和微波辐射法等。
下面分别介绍这些方法。
炭化物热解法是一种将有机化合物热解得到碳量子点的方法。
一般来说，选择含有碳、氮和氧等原子的有机化合物作为前体材料，通过高温热解反应将有机分子分解生成碳量子点。
这种方法可以制备出具有较窄的光谱带宽、较高的量子产率和较好的稳定性的碳量子点。
水热法是一种简单易行的方法用于制备碳量子点。
简单而言，将有机化合物溶解于溶剂中，加入适量的酸碱物质进行反应，在高温高压的条件下，有机分子会发生裂解生成碳量子点。
这种方法制备的碳量子点具有较高的荧光量子产率、较大的布朗运动和较好的稳定性。
微波辐射法是一种利用微波辐射加热的方法制备碳量子点。
通过将有机化合物溶解于溶剂中，放入微波反应器中，利用微波辐射来加热溶液，有机分子会裂解生成碳量子点。
这种方法制备的碳量子点具有较快的反应速率、较窄的发射峰宽度和较高的量子产率。
接下来，我们来看一下碳量子点的一些主要特性。
首先，碳量子点具有较高的化学稳定性，能够在不同的环境条件下保持其光学性能和稳定性。
其次，碳量子点具有优异的光学性能，具有较高的荧光量子产率和较窄的发射峰宽度，可以在可见光范围内发光。
此外，碳量子点还具有较好的生物相容性，可以应用于生物医学领域，如成像和药物传递等。
最后，碳量子点还可以应用于能源存储和光电器件等领域，如太阳能电池和光电催化等。
综上所述，碳量子点是一种新型的纳米材料，具有许多优秀的性质和潜在应用。
随着对其制备方法的不断优化和对其性质的深入研究，相信碳量子点在各个领域中的应用将得到更大的拓展和发展。
碳量子点简介.
通过改变反应温度、氮源和氮源加入 顺序研究了氨基化过程中影响碳量子 点发光的因素，确定出了获得高发光 强度的氨基化碳量子点的最佳反应条
CQDs 和 N-CQDs 的光致发光谱和在自然光以 及紫外灯下的照片 （左边是 CQDs 溶液，右边是 N-CQDs 点溶 液。
碳量子点表面嫁接不同基团会影响其光致发光和 光催化行为。实验结果表明基团改性后 N-CQDs 荧光强度最强，几乎是 O-CQDs 和 Cl-CQDs 强度 的 15-40 倍，但催化效率最低。Cl-CQDs 的催化 效率最高，在 2 min 之内就可以完全降解亚甲基 蓝，随反应温度和氯化亚砜加入量的不同光催化 效率也不同 通过化学方法在碳量子点表面引入不同基团可以 调控其光致发光和光催化性能，这对今后碳量子 点复合材料的制备以及光的能量转化奠定了基础 。但各个基团在碳量子点表面存在的形式对其性 能的影响还需要进一步的研究
带隙弯曲方向与弯曲程度的理论推导 碳量子点表面有很多缺陷形成可见光带隙，这些能带将会不 断的从内部向表面移动，形成带隙弯曲。带隙弯曲诱发电势 会影响电子和空穴的分离效率，因此可以通过表面带隙弯曲 寻求表面基团与性能之间的关系。 导致表面带隙弯曲的原因主要来自表面原子分布和类型。 对于向下的弯曲，表面存在正电势，电子加剧移动到表面， 引起自由电子的增加，空穴的减少。对于向上的弯曲，表面 存在负电势，正电荷加速移动到表面，引起自由电子的减少 ，空穴的增加。碳量子点从内部到表面的带隙弯曲程度可以 通过光致发光来衡量。
碳量子点（CQDs）
碳量子点（CQDs）是以粒径小于10 nm的碳质骨架 和表面基团构成的荧光纳米材料。碳量子点具有毒 性小、生物相容性好、发光波长可调、易于功能化 等突出优势而备受关注 CQD具有的优势： 1.快速的光生电子传递 2.电子储存性能 3.良好的上转换光致发光能力 目前为止，在生物成像、荧光传 感、有机光伏、发光二极管和催 化领域表现出了潜在的应用价值。
碳量子点100晶面0.24nm
碳量子点100晶面0.24nm
碳量子点是一种纳米材料，由数十至数百个碳原子组成，具有
优异的光电性能和化学稳定性。
100晶面是指碳量子点的结构中，
原子排列的方式符合(100)晶面的排列方式。
0.24nm则是碳量子点
在(100)晶面方向上的晶格常数，即原子间距离。
从物理角度来看，碳量子点的晶面结构对其光学、电学性质有
着重要影响。
在碳量子点中，不同晶面的结构会影响其能带结构、
能级分布等物理性质，进而影响其在光电器件中的应用性能。
因此，了解碳量子点的晶面结构和晶格常数对于深入理解其性质具有重要
意义。
从化学角度来看，碳量子点的晶面结构也会影响其表面的化学
反应性和吸附性能。
不同晶面的结构会导致表面原子的外露度、结
合能等方面的差异，从而影响其在催化、传感等领域的应用。
总的来说，碳量子点的晶面结构和晶格常数对其性质和应用具
有重要影响，因此对其进行深入研究和理解具有重要意义。
希望这
些信息能够帮助你更全面地了解碳量子点的相关知识。
碳量子点 蓝光 紫外
碳量子点蓝光紫外碳量子点（Carbon Quantum Dots）是一种由碳原子组成的纳米颗粒，具有独特的光电特性。
本文将围绕碳量子点在蓝光和紫外光领域的应用展开讨论。
一、碳量子点在蓝光领域的应用蓝光（Blue Light）是指波长在380-500纳米之间的可见光，具有较高的能量和强烈的刺激性。
碳量子点在蓝光领域的应用主要集中在显示技术和生物医学领域。
1.1 显示技术碳量子点因其优异的荧光性能和可调控的光电性质，在显示技术中具有广阔的应用前景。
与传统的有机荧光材料相比，碳量子点具有更高的亮度、更长的寿命和更好的稳定性。
通过调节碳量子点的粒径和表面修饰，可以实现对荧光颜色和发射波长的精确控制，为蓝光显示器件的设计提供了新思路。
1.2 生物医学领域在生物医学领域，蓝光可以用于光动力疗法、荧光成像和生物标记等应用。
碳量子点作为一种新型的荧光探针，具有较高的量子产率和较低的细胞毒性，在生物标记和荧光成像中显示出巨大的潜力。
此外，碳量子点还可以通过改变其表面性质，实现对生物分子的高选择性和高灵敏度检测，为生物传感器的设计提供了新的途径。
二、碳量子点在紫外光领域的应用紫外光（Ultraviolet Light）是指波长在10-400纳米之间的电磁波，具有较高的能量和强烈的杀菌性。
碳量子点在紫外光领域的应用主要涉及杀菌消毒、光催化和光电子器件等方面。
2.1 杀菌消毒紫外光具有较强的杀菌能力，可以破坏细菌、病毒和真菌的DNA结构，从而有效地杀灭病原体。
碳量子点作为一种新型的紫外光敏材料，具有较高的光量子效率和较长的寿命，可以用于开发高效的紫外光杀菌消毒技术。
2.2 光催化光催化是利用光能激发催化剂表面的电子从而实现化学反应的过程。
碳量子点由于其独特的能带结构和高比表面积，在光催化领域显示出巨大的潜力。
通过调控碳量子点的能带结构和表面性质，可以实现对光催化反应速率和选择性的调控，为高效的光催化材料的设计提供了新思路。
cds碳量子点
CDS碳量子点概述CDS碳量子点是一种新型的碳基材料，具有优异的光电性能和潜在的应用前景。
碳量子点（Carbon Dots，简称CQDs）是一类尺寸小于10纳米的碳纳米材料，具有许多独特的特性，如荧光、电化学和光电性能等。
CDS碳量子点是由硫化碳（Carbon Disulfide）合成的碳量子点，其在荧光材料、生物成像、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
合成方法CDS碳量子点的合成方法多种多样，常见的方法包括溶剂热法、微波法、水热法等。
下面以水热法为例，介绍CDS碳量子点的合成过程：1.准备硫化碳溶液：将硫化碳溶解在适量的溶剂中，如水或有机溶剂。
溶液中的硫化碳浓度越高，合成的CDS碳量子点的荧光强度越高。
2.加热反应：将硫化碳溶液加热至一定温度，常见的反应温度为100-200摄氏度。
加热的过程中，溶液中的硫化碳会发生裂解和聚合反应，生成碳量子点。
3.调控反应条件：在反应过程中，可以通过调节温度、反应时间、溶剂种类等参数来控制CDS碳量子点的大小、形状和荧光性能。
4.分离和纯化：将反应溶液中的CDS碳量子点通过离心、过滤等方法分离出来，并用纯溶剂进行洗涤和纯化，去除杂质。
5.表征分析：通过透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱等技术对合成的CDS碳量子点进行表征和分析，确定其大小、形状、结构和荧光性能等。
特性与应用CDS碳量子点具有以下几个重要的特性和应用潜力：1. 荧光性能CDS碳量子点具有宽波长荧光发射特性，其发射峰位于可见光区域。
荧光强度和发射峰可以通过调节合成条件来实现。
CDS碳量子点在荧光探针、生物成像、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
2. 生物兼容性CDS碳量子点具有优异的生物兼容性，可以在生物体内进行成像和治疗。
由于其尺寸小、荧光性能好、毒性低等特点，CDS碳量子点在生物医学领域具有重要的应用潜力，如生物成像、药物传递、癌症治疗等。
3. 光电子器件CDS碳量子点在光电子器件中可以作为荧光材料、光电转换材料等。
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。
碳量子点在食品检测中的应用
合成方法
2. 激光烧蚀法：通过激光束对碳靶进行照射消蚀，将碳 纳米颗粒从碳靶上剥落下来。
此法所得碳量子点无荧光特性，需要进一步进行钝化 处理才能得到荧光碳量子点。其荧光产率低、碳纳米 点的粒径大小难控制、需要表面修饰。且所用一起安 规，合成过程复杂，该法较少使用。
2. 激光烧蚀法——荧光产率低、粒径大小难控制、需要 表面修饰
3. 电化学法——尺寸和结构相对可控、性质稳定、一步 合成
4. 微波合成法——低成本、环境友好、适宜快速大量生 产、粒径大小难以掌控
5. 水热处理法——成本低、环境友好、高荧光产率、良 好光稳定、粒径大小难以控制
合成方法
1. 化学烧蚀法：利用强氧化性酸将碳化材料氧化分解成 碳量子点。
合成方法
3. 电化学氧化法：电化学法利用各种体相碳材料作为工 作电极，利用电泳作用来制取碳量子点。
此法所得碳点的尺寸和结构相对可控且其性质稳定， 对碳源的利用率较高，可一步合成碳点。但是该法原 材料前期处理工作繁琐耗时，后期所得产物纯化也耗 时长，量子产率较低。
合成方法
4.微波消减法：主要利用微博消解碳前驱体而制取碳点。
食品检测应用方面
4. 农药残留及违禁添加物检测 检测有机磷农药的传感器示意图
食品检测应用方面
5. 食品中营养与功能成分及其他物质检测 通过具有不同基团类型、不同粒径大小等的各种作用 能力的碳点，实现对及ATP等其他物质的检测。
食品检测应用方面
1. 重金属离子检测
传统重金属检测包括络合滴定法、化学发光法、原子光 谱法等，但这些方法灵敏度较低、操作方法繁琐、成本 预算高等等，碳量子点在这方面的检测可做到快速便捷、 灵敏高效的作用。
合成碳量子点方法总结 ppt课件
Chem. 2C0o20m/1m2/2u7n., 2015, 51, 2544--2546
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L. Li e2t0a20l/.1,2J/o27urnal of Materials Chemistry B 5, 7328-7334 (2017).
碳源：菠菜 荧光颜色：红色 尺寸：3~11 nm lex/lem: 440/680 nm QY：15.34%19
碳源：鸡蛋壳 荧光颜色：蓝色 尺寸：~5 nm lex/lem: 365/450 nm QY：14% 线性范围：0.5~80 μmol L—1 检测限：0.48 μmol L—1
Q. Wang, X. Liu, L. Zhang, Y. Lv, Microwave-assisted synthesis of carbon nanodots through an eggshell membrane and their
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碳源：柠檬酸 荧光颜色：蓝色 尺寸：~0.9 nm QY：47% 掺杂硅元素
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Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1027–1031
ACS2N02a0/n12o/227016, 10, 484−491 IF：13.942
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碳源：对苯二胺 荧光颜色：各种 尺寸：~2.6 nm QY：24% 层析分离
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2.2 Carbon sources
化学物质
•葡萄糖、蔗糖、丙三醇、柠檬酸……
绿色来源的前体化合物
•菠菜（2017） •草莓汁（2013）、蛋壳（2012）、樟脑（2014）、 康乃馨（2016）、猪肉（2018）、苹果汁 （2015）、甘蔗汁（2014）、心里美（2016）、 燕麦（2015） •圣罗勒叶（2017）
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上转换发光，即:反-斯托克斯发光(Anti-Stokes)， 由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受 到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就 是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比 如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光， 或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实 有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果， 于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
SUCCESS
THANK YOU
2019/7/31
带隙弯曲方向与弯曲程度的理论推导 碳量子点表面有很多缺陷形成可见光带隙，这些能带将会不 断的从内部向表面移动，形成带隙弯曲。带隙弯曲诱发电势 会影响电子和空穴的分离效率，因此可以通过表面带隙弯曲 寻求表面基团与性能之间的关系。 导致表面带隙弯曲的原因主要来自表面原子分布和类型。 对于向下的弯曲，表面存在正电势，电子加剧移动到表面， 引起自由电子的增加，空穴的减少。对于向上的弯曲，表面 存在负电势，正电荷加速移动到表面，引起自由电子的减少 ，空穴的增加。碳量子点从内部到表面的带隙弯曲程度可以 通过光致发光来衡量。
1.结晶性质
2.光学性质 虽然到目前为止，碳量子点的发光机理仍然不明确， 存在诸多争议，但其发光性质具有一些基本特征。 如：发光具有尺寸和激发波长的依赖性，发光稳定、 无光漂白现象。此外，还发现碳量子点的发光具有 pH 依赖性，存在上转换发光和电化学发光现象 3.细胞毒性和生物兼容性
CQDs良好的上转换光致发光能力为全谱太阳光 的应用提供了新的思路及方向 但是，针对CQDs自身较弱的电子传输性能这一制 约其发展的关键性因素，研究人员立足于碳前驱 体源头创新，围绕CQDs的可控构筑、电子传输及 光催化有机物制备机理等开展了系统深入的研究
在此以后，人们发展了电化学氧化石墨，石墨烯，碳 纤维和碳黑制备碳量子点的新技术以及一系列新型的 制备方法。
Hale Waihona Puke 碳量子点（CQDs）碳量子点（CQDs）是以粒径小于10 nm的碳质骨架 和表面基团构成的荧光纳米材料。碳量子点具有毒 性小、生物相容性好、发光波长可调、易于功能化 等突出优势而备受关注 CQD具有的优势： 1.快速的光生电子传递 2.电子储存性能 3.良好的上转换光致发光能力 目前为止，在生物成像、荧光传 感、有机光伏、发光二极管和催 化领域表现出了潜在的应用价值。
主要内容
碳量子点研究简史 碳量子点简介 碳量子点的基本性质 碳量子点制备方法 碳量子点的化学修饰 基于碳量子点的复合物 总结
碳量子点研究简史
1985 年报道了零维的碳纳米材料富勒烯 1991 年发现了一维的碳纳米管 2004 年制备出了具有二维结构的石墨烯。于此同时，
化学修饰碳量子点实现表面钝化
化学修饰碳量子点实现发光调控
不同温度下制备的氨基 化碳量子点水溶液
化学修饰碳量子点实现功能化应用
CQDs 和 N-CQDs 的透射电镜照片
CQDs 和 N-CQDs 的光致发光谱和在自然光以
（a）和（b）和尺寸分布图（c）
及紫外灯下的照片
和（d）
（左边是 CQDs 溶液，右边是 N-CQDs 点溶
电子受体修饰，产生负电场，能 带向上弯曲，反之，向下。
ACS Appl. Mater. Interfaces2015, 7, 8363−8376表面基团影响碳量子点带隙弯曲情况示意图
碳量子点结构示意图
制备碳量子点的方法通常分为两大类：自上而下法 和自下而上法。
自上而下法主要是通过物理 或化学方法将大尺寸的碳前 驱体（如石墨、石墨烯、碳 纳米管、碳纤维以及碳黑等） 切割成小尺寸的碳量子点， 主要包括电弧放电、激光刻 蚀、电化学氧化、化学氧化 和水热法等。
自下而上法是以小分子 作为前驱体，通过一系 列化学反应得到尺寸更 大的碳量子点，主要包 括热解法、微波法、燃 烧法以及溶液化学法等
液。
通过改变反应温度、氮源和氮源加入
顺序研究了氨基化过程中影响碳量子
碳量子点氨基化示意图 点发光的因素，确定出了获得高发光
Adv Mater, 2012, 24:45694573. Phys Chem Chem Phys, 2012,
强度的氨基化碳量子点的最佳反应条
碳量子点表面嫁接不同基团会影响其光致发光和 光催化行为。实验结果表明基团改性后 N-CQDs 荧光强度最强，几乎是 O-CQDs 和 Cl-CQDs 强度 的 15-40 倍，但催化效率最低。Cl-CQDs 的催化 效率最高，在 2 min 之内就可以完全降解亚甲基 蓝，随反应温度和氯化亚砜加入量的不同光催化 效率也不同
通过化学方法在碳量子点表面引入不同基团可以 调控其光致发光和光催化性能，这对今后碳量子 点复合材料的制备以及光的能量转化奠定了基础 。但各个基团在碳量子点表面存在的形式对其性 能的影响还需要进一步的研究
Chem.Soc.Rev.,2015,44, 362--381
碳量子点电子转移的机制
当一个具有能量的光子射入碳量子点时，其会产生光生电子-空 穴对,光激发产生的电子空穴对有两个主要变化结果：
（1）激发态的电子经过热振动移动到激发态的最底端，然后回 到基态与空穴相结合，一部分发生辐射复合放出光子。(复合)
（2）形成的空穴和电子被分离且分别迁移到碳量子点表面，它 们可以将吸附在碳量子点表面的羟基和水分子氧化成·OH，这 些小分子具有很强的氧化能力，可以降解有机物。(分离)
从上述光生电子、空穴的“去向”可以看出，如果想要增强碳 量子点发光强度，就需要增强电子空穴对的复合几率，而要提 高其光催化效率，需要促使光生电子和空穴对的有效分离。
在 2004 年，Xu 等在纯化电弧放电制备单壁碳纳米 管过程中，首次观测到了发光的碳纳米粒子,亦称碳 量子点。
2006 年，克莱蒙森大学的孙亚平等第一次用激光刻蚀 方法合成出碳量子点
2007年，从蜡烛燃烧的烟灰中分离出尺寸小于 2 nm 的具有不同发光的碳量子点。同年，以多壁碳纳米管 为原料通过电化学氧化制备出发蓝光的碳量子点