碳量子点应用简介
碳量子点与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。它在包括改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。这项研究将发表在6月7日的《Journal of the American Chemical Society》杂志上。
1碳量子点简介
相对于金属量子点而言，碳量子点无毒，对环境的危害小，造价也更便宜。由它制成的传感器可以用来探测爆炸物和炭疽热等生化战剂。克莱蒙森大学化学博士孙亚平说：“碳不是半导体，发光碳纳米粒子不管是从理论角度还是从应用角度看都是非常有意思的。它代表着发光纳米粒子研究的一个新的平台。”
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。
因为碳纳米粒子具有很大的表面积，所以长期以来科学家们一直认为这种纳米粒子相比宏观碳，具有非常奇特的化学和物理性质。孙亚平和同事从石墨中提取出碳纳米粒子，并且证明这些粒子表面覆盖一种特殊的聚合物后，在光照下可以发出非常明亮的光，就像是微小的光球一样。科学家们认为这种光致发光现象可能是由于碳量子点表面的空洞可以储存能量造成的。而金属量子点的发光机制则稍微有些不同。
量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但这些量子点一般有毒，对环境也有很大的危害。所以科学家们寻求在一些良性的化合物中提取量子点。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制备和应用
目前制备碳量子点的方法很少，报道的制备具有荧光性质的碳量子点的方法有:
(l)高温高压切除法
利用激光从石墨粉表面切下碳纳米粒子，将其与有机聚合物混合后，即获得直径小于5nm且具有光致发光特性的碳量子点。
(2)蜡烛燃烧法
通过收集和酸处理蜡烛灰，得到表面具有羧基和羟基的亲水性碳量子点，直径约1nm。
(3)电化学扫描法
在乙腈和四丁基高氯酸铵支持电解质中，通过电化学循环伏安扫描，使四丁基高氯酸铵进入碳纳米管间隙，从碳纳米管的缺陷处剥落下碳量子点(直径约2.8 nm)。相对前两种方法，电化学法更易实现大规模快速生产。
量子点的制备及应用进展
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/d46656458.html, 量子点的制备及应用进展 作者：于潇张雪萍王才富倪柳松等 来源：《科技视界》2013年第29期 【摘要】本文分别从量子点的概念、特性、制备方法、表面修饰等方面对量子点进行了 描述及讨论，在此基础上，对量子点在生物传感器方面的应用进行了，最后分析了量子点生物传感器的存在的问题，对其未来发展趋势进行了展望。 【关键词】量子点；光学；生物传感器 量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特殊的纳米材料。国内外关于量子点传感器的研究非常广泛，例如在生命科学领域，可以用于基于荧光共振能量转移原理的荧光探针检测，可以用于荧光成像，生物芯片等；在半导体器件领域，量子点可以用于激光器，发光二极管、LED等。本文对量子点 的制备方法和应用领域及前景进行了初步讨论。 1 量子点的基本特性及其制备方法 1.1 量子点的特性及优势 量子点的基本特性有：量子尺寸效应、表面效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势： （1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。 （2）量子点可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射光的波长越小。 （3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。正是由于量子点具有以上特性使其在生物识别及检测中具有潜在的应用前景，有望成为一类新型的生化探针和传感器的能量供体，因此备受关注。 1.2 量子点的制备方法 根据原料的不同分为无机合成路线和金属-有机物合成路线，两种合成方法各有利弊。
微波法制备碳量子点及其光学性能研究
摘要 传统的有机染料、半导体量子点等的制备方法复杂，设备和原料成本较高，合成环境 不友好，还容易发生光漂白，并且量子产率较低。作为碳纳米材料领域中的一名新成员，碳量子点(CDs)具有极好的荧光稳定性、水溶性、化学惰性、低毒性、抗漂白性以 及生物相容性，激发波长和发射波长可调控，无闪光现象等优点。另外,碳量子点还有 合成过程简单,仪器设备和原料成本低廉，制备过程可控等优点，使得它可以在生物标 记[1]，生物成像和生物传感[2]，分析检测[3,4]、光催化[5]和光电器件[6]等领域被 广泛的研宄与应用。 目前已经有很多方法成功合成了具有荧光性能的碳量子点，然而很多合成方法因为制 备过程繁琐，原料相对昂贵，反应时间长，荧光量子产率低等缺点，对碳量子点的应 用前景造成阻碍。因此，当前最重要的是寻找一种合成设备和仪器简单，原料成本低廉，并且能快速有效合成碳量子点，以实现荧光碳量子点的大批量合成。微波法制备 过程简单，反应条件能够程序控制，反应速度快，一步完成合成与钝化，并且荧光量 子产率相对较高，因此能够广泛用于荧光碳量子点的合成。 本实验采用微波合成的方法，以柠檬酸为碳源，尿素为表面修饰剂一步合成具有荧光 的碳量子点。通过改变反应温度、时间，结果得到的碳量子点的碳化程度不一样。此外，对所制备的碳点进行了形态、结构的表征及光学性质的研究。该方法合成操作简单，加热和反应速度快，所需时间短，能量高且均匀，所用原料价格低廉易得，绿色 环保，适用于碳点的大批量生产。 第一章绪论 纳米世界在原子和分子等微观世界和宏观物体世界交界过度区域，纳米的长度量级为 10-9 m。二十世纪后期新兴的纳米材料，其在光学、电学、热学、力学、磁学以及化 学等方面具有优良的特性，使其受到了人们广泛的研究。纳米材料即纳米量级结构材 料的简称。纳米材料狭义上是指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其 粒径为0.1-100nm。广义上所说的纳米材料包括二维纳米薄膜和纳米材料的超晶格等, 一维纳米线、纳米管、纳米棒等，以及零维的纳米粒子。现在，各种纳米材料在物理，化学，材料科学，临床医学以及生命科学等领域具有广泛应用[7]。 纳米效应是在纳米尺度下，物质的电子波性和原子间的相互作用会受到尺寸大小的影响，此时物质表现出的性质完全不同，纳米材料的熔点，磁性，电学，光学，力学以
量子点发光材料综述
量子点发光材料综述 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A m=S V =4πR2 4 3 πR3 =3 R ，也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又
碳量子点光催化
Enhanced Photocatalytic Activity of the Carbon Quantum Dot-Modified BiOI Microsphere Yuan Chen 1,2,Qiuju Lu 1,Xuelian Yan 1,2,Qionghua Mo 1,3,Yun Chen 1,Bitao Liu 1*,Liumei Teng 1,Wei Xiao 1,Liangsheng Ge 1and Qinyi Wang 4 Background The exploration and construction of new photocatalysts with high catalytic efficiency in sunlight is a core issue in photocatalysis all the time and is also significant in solv-ing current environment and energy problems [1–3].Recently,bismuth oxyhalides (BiOX,X =Cl,Br,and I)as a novel ternary oxide semiconductor have drawn much attention because of their potential application in photo-catalysis.Among them,BiOI is photochemically stable and has the smallest band gap (about 1.7–1.9eV),which can be activated by visible light irradiation [4–6].How-ever,the narrow band gap could also lead to a quick re-combination of the photogenerated electron –hole pairs.Hence,inhibiting the recombination of the photogener-ated electron –hole pairs was the key point to enhance the photocatalytic property. Carbon quantum dot (CQD),as a novel issue of re-cently found nanocarbons,exhibits excellent photophysi-cal properties.Especially,the strong size and excitation wavelength-dependent photoluminescence (PL)behav-iors would enhance the photocatalytic properties of the CQD-based composites [7,8].Previous studies have shown that the electron-accepting and transport properties of car-bon nanomaterials provide a convenient way to separate photogenerated electrons;thus,enhanced photocatalytic performance can be achieved through the construction of semiconductor/carbon composites [9,10].Notably,the design of complex photocatalysts (TiO 2/CQDs,Ag 3PO 4/CQDs,Bi 2MoO 6/CQDs)to utilize more sun-light has been reported [11–13].Considering such re-markable properties of CQDs and the limitations of the BiOI photocatalytic system,the combination of CQDs and BiOI may be regarded as an ideal strategy to con-struct highly efficient complex photocatalytic systems.In this work,we prepared a CQD/BiOI nanocomposite photocatalyst via a facile hydrothermal process.The re-sults indicated that the CQDs were successfully com-bined with the BiOI microsphere and the introduction of CQDs could efficiently increase the concentration and the migration ratio of the photogenerated carrier,which was the key for the increased photocatalytic property. Methods Reagents All chemicals used in this study were of analytical grade (ChengDu Kelong Chemical Co.)and were used without *Correspondence:liubitao007@https://www.360docs.net/doc/d46656458.html, 1 Research Institute for New Materials Technology,Chongqing University of Arts and Sciences,Yongchuan,Chongqing 402160,China Full list of author information is available at the end of the article ?2016Chen et al.Open Access This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0International License (https://www.360docs.net/doc/d46656458.html,/licenses/by/4.0/),which permits unrestricted use,distribution,and reproduction in any medium,provided you give appropriate credit to the original author(s)and the source,provide a link to the Creative Commons license,and indicate if changes were made. Chen et al.Nanoscale Research Letters (2016) 11:60 DOI 10.1186/s11671-016-1262-7
碳量子点的合成、性质及其应用
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１５)０９Ｇ０９０１２Ｇ０７ 碳量子点的合成二性质及其应用? 李一婷１,唐吉龙１,方一芳１,２,房一丹１,方一铉１,楚学影１,李金华１, 王一菲１,王晓华１,魏志鹏１ (１．长春理工大学理学院,高功率半导体激光国家重点实验室,长春１３００２２; ２．南昌大学材料所,南昌３３００４７) 摘一要:一碳量子点(C Q D s,CＧd o t s o r C D s)是一种新型的碳纳米材料,尺寸在１０n m以下,具有良好的水溶性二化学惰性二低毒性二易于功能化和抗光漂白性二光稳定性等优异性能,是碳纳米家族中的一颗闪亮的明星.自从２００６年[１]报道了碳量子点(C Q D s)明亮多彩的发光现象后,世界各地的研究小组开始对C Q D s进行了深入的研究.最近几年的研究报道了各种方法制备的C Q D s在生物医学二光催化二光电子二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C Q D s 的最近的发展,介绍了C Q D s的合成方法二表面修饰二掺杂二发光机理二光电性质以及在生物医学二光催化二光电子二传感等领域的应用. 关键词:一碳量子点;光致发光;生物成像;光催化 中图分类号:一T B３４;O４６９文献标识码:A D O I:１０．３９６９/j．i s s n．１００１Ｇ９７３１．２０１５．０９．００３ １一引一言 碳量子点是一种新型的碳纳米材料,尺寸在１０n m以下,是X u等[２]在２００４年首次发现的一种未知的荧光碳纳米材料.普通的碳是一种黑色物质,通常被认为发光弱,水溶性弱,然而碳量子点却具有良好的水溶性和明亮的荧光,被称为碳纳米光.过去几年里,在C Q D s的合成二性质二应用等方面都取得了巨大的进步.与传统的半导体量子点和有机染料相比,发光C Q D s具有高水溶性二强化学稳定性二易于功能化二抗光漂白性以及优异的生物特性,良好的生物相容性,在生物医学(生物成像二生物传感二药物传输等)有潜在的应用前景.同时,C Q D s具有优良的光电性质,既可以作为电子给体又可以作为电子受体,这使得它在光电子二催化和传感等领域有广泛的应用价值. 本文主要阐述了近几年在C Q D s领域中的新发展,主要包括C Q D s的合成方法二光学性质二发光机理和在生物医学二光催化二光电子二传感等领域的应用.２一碳量子点的合成二掺杂及纳米混合物 过去的十年,各种制备碳量子点的方法被提出来,这些方法大致分为 自上而下(T o pＧd o w n) 和 自下而上(B o t t o mＧu p) ,如图１所示.在C Q D s的合成过程中,可以对C Q D s掺杂,制备其纳米混合物. 图１一碳量子点的合成二掺杂及其纳米混合物的示意图 F i g１S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no fC Q D s p r e p a r a t i o nv i a t o pＧd o w n a n d b o t t o mＧu p a p p r o a c h e sa n d i t s d o p i n g a n dn a n oＧh y b r i d ２．１一合成方法 ２．１．１一化学烧蚀法 化学烧蚀法是利用强氧化性酸将碳化材料氧化分解成碳量子点.M a o等[３]将收集到的蜡烛燃烧残渣置于５m o l/L H N O３溶液中回流,冷却后,进行离心二渗析二电泳等,得到具有不同发光性质的碳量子点.T i a n 等[４]收集天然气燃烧的残渣,在浓硝酸中回流,调节溶液p H值为中性,除去杂质后,得到粒径不同的碳量子点.这种方法的优点是原材料选择广泛,但是反应条件苛刻,反应过程激烈,碳量子点纯化步骤繁琐,制得的碳量子点粒径难以控制. ２．１．２一电化学氧化法 电化学氧化法用各种体相碳材料作为前驱体来制备碳量子点的一种强大而有效的方法.Z h o u等[５]首先报道了用电化学法合成碳纳米量子点,当电介质溶 ２１０９ ０２０１５年第９期(４６)卷 ?基金项目:国家自然科学基金资助项目(６１０７６０３９,６１２０４０６５,６１２０５１９３,６１３０７０４５);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(２０１１２２１６１２０００５);吉林省科技发展计划资助项目(２０１２１８１６,２０１２０１１１６);高功率半导体激光国家重点实验室基 金资助项目(９１４０C３１０１０１１２０C０３１１１５) 收到初稿日期:２０１４Ｇ０８Ｇ１０收到修改稿日期:２０１４Ｇ１０Ｇ２０通讯作者:方一芳,唐吉龙,EＧm a i l:j l_t a n g c u s t＠１６３．c o m 作者简介:李一婷一(１９９０－),女,山西朔州人,在读硕士,师承王晓华教授,从事纳米半导体材料研究.
半导体量子点及其应用概述_李世国答辩
科技信息2011年第29期 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 0引言 近年来半导体材料科学主要朝两个方向发展:一方面是不断探索扩展新的半导体材料,即所谓材料工程;另一方面是逐步从高维到低维深入研究己知半导体材料体系,这就是能带工程。半导体量子点就是通过改变其尺寸实现能级的改变,达到应用的目的,这就是半导体量子点能带工程。半导体量子点是由少量原子组成的准零维纳米量子结构,原子数目通常在几个到几百个之间,三个维度的尺寸都小于100纳米。载流子在量子点的三个维度上运动受尺寸效应限制,量子效应非常显著。在量子点中,由于量子限制效应作用,其载流子的能级类似原子有不连续的能级结构,所以量子点又叫人造原子。由于特殊能级结构,使得量子点表现出独特的物理性质,如量子尺寸效应、量子遂穿效应、库仑阻塞效应、表面量子效应、量子干涉效应、多体相关和非线性光学效应等,它对于基础物理研究和新型电子和光电器件都有很重要的意义,量子点材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一[1]。 1量子点制备方法 目前对量子点的制备有很多方法,主要有外延技术生长法、溶胶-凝胶法(Sol-gel 和化学腐蚀法等,下面简单介绍这几种制备方法: 1.1外延技术法 外延技术法制备半导体量子点,主要是利用当前先进的分子束外延(MBE、金属有机物分子束外延(MOCVD和化学束外延(CBE等技术通过自组装生长机理,在特定的生长条件下,在晶格失配的半导体衬底上通过异质外延来实现半导体量子点的生长,在异质外延外延中,当外延材料的生长达到一定厚度后,为了释放外延材料晶格失配产生的应力能,外延材料就会形成半导体量子点,其大小跟材料的晶格失配度、外延过程中的条件控制有很大的关系,外延技术这是目前获得高质量半导体量子点比较普遍的方法,缺点是对半导体量子点的生长都是在高真空或超高真空下进行,使得材料生长成本非常高。1.2胶体法
量子点总结
量子点总结
1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点”。1998 年 , Alivisatos 和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发
射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。
碳量子点及其性能研究进展_史燕妮_李敏_陈师_夏少旭_吴琪琳
１０．１４０２８／ｊ ．ｃｎｋｉ．１００３－３７２６．２０１６．０１．００６收稿：２０１５－０３－１９；修回：２０１５－０５－ ０５；基金项目：上海市教育委员会重点创新项目（１４ｚｚ０６９）、同济大学先进土木工程材料重点实验室开放基金（２０１３０１）；作者简介：史燕妮（１９９１－），女，硕士，主要从事碳量子点的制备及其性能研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ＹａｎｎｉＳｈｉ＠ｏ ｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ；＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑ ｌ＠ｄｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．碳量子点及其性能研究进展 史燕妮１，２，李 敏２，陈 师２，夏少旭２，吴琪琳１， ２＊ （１．东华大学纤维材料改性国家重点实验室，上海 ２０１６２０；２．东华大学材料科学与工程学院，上海 ２０１６２０ ） 摘要：碳量子点（Ｃａｒｂｏｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔｓ，ＣＱＤｓ）是一种新型的碳纳米材料，因其强的量子限域效应和稳定的荧光性能等一系列优异性能，吸引了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。相比传统半导体金属量子点，ＣＱＤｓ还具备优异的低毒性和生物相容性，更拓宽了其在生物领域内的研究前景。本文简要地介绍了ＣＱＤｓ的制备方法，主要包括自上而下和自下而上两个方向。除此之外，本文综述了ＣＱＤｓ突出的物理化学性质和性能，包括ＣＱＤｓ的荧光性能、生物相容性和上转换效应，并对ＣＱＤｓ在其在生物成像上的应用进行了归纳。 关键词： 碳量子点；荧光；低毒性；上转换效应；生物成像从上世纪９０年代初日本科学家ＩＩＪＩＭＡ首次发现碳纳米管开始，到２０１０年两位俄罗斯科学家Ａｎｄｒｅ Ｇｅｉｍ和Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ因在石墨烯材料研究上的卓越贡献获得诺贝尔物理学奖，科学家们对于碳纳米材料的研究热潮一直持续高涨［１，２］ 。碳量子点（Ｃａｒｂｏｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔｓ，ＣＱＤｓ），通常定义为尺寸在２０ｎｍ以下的新型碳材料， 由于量子限域效应表现出稳定的荧光性能，尤其是其生物相容性和低毒性大大突破了传统金属量子点材料在生物领域的应用限制［３～５］ 。２００４年ＪＡＣｓ上首次报道了Ｓｃｒｉｖｅｎｓ等在分离碳纳米管时发现了具备荧光性能的碳纳米粒子，但是其荧光产率很低［６］ 。２００６年美国 克莱蒙森大学Ｙａ－Ｐｉｎｇ Ｓｕｎ教授领导的科研小组报道了激光剥离碳源的方法制备的具备较好荧光性能的碳纳米粒子，通过有机分子聚乙二醇等表面修饰，荧光产率可达１０％以上并首次称之为碳点。 作为一种新型的荧光材料，ＣＱＤｓ具备更宽而连续的激发光谱、稳定的荧光性能及其良好的生物相容性和低毒性，并且可通过化学修饰的手段实现功能化，在生物成像、标记和检测等领域有着良好的应用 前景［７～１１］ 。本文就三个研究热点进行了综述，包括碳量子点的制备方法、性能表征以及应用探索并针对 碳量子点在发展过程中存在的问题进行了讨论。 １ 碳量子点的制备 从材料学的角度分析，碳量子点的制备方法目前主要探索了两大类：自下而上和自上而下。自下而上的方法具体是指以小分子作为前体通过一系列的化学反应制备碳量子点，尽管理论上可以实现形貌可控，对碳量子点表面边界结构的修饰也比较便捷，但步骤太繁琐，对设备的要求也比较高，例如微波 法［１２］、溶液化学法［１３］ 等。自上而下的方法的主体思路是通过物理或化学的方法将大尺寸的二维碳网平 面结构切割成小尺寸的碳量子点。目前主要采用具有大尺寸的石墨烯薄片的原材料，激光刻蚀法、电化 学氧化法［１４］、水热法［１５］ 都是自上而下的典型代表。其中激光刻蚀法是最早报道的用来制备碳量子点的 方法之一，通常产物尺寸比较大（３０～５０ｎｍ），荧光效应比较弱，有些甚至几乎检测不到，还需经过有机小分子的表面修饰后才表现出强荧光效应，而且对激光设备的要求也比较高。自上而下的方法可以通过调 节各自的反应参数达到对产物尺寸的调控，而对边界结构的控制通常是不容易实现的［ １６］ 。研究者用电化学氧化法通过外加电势调节碳量子点尺寸的大小，制备了１～３ｎｍ大小的碳量子点， 并发现其荧光性· ９３· 第１期 高 分 子 通 报
量子点的制备方法综述及展望
量子点的制备方法综述及展望 1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。英语论文。 量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点” 。1998 年 , Alivisatos和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。硕士网为你提供计算机硕士论文。 量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。 本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2．在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法，有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法，即将有机金属前躯体溶液注射进250～300℃的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属（如二甲基隔）和烷基非金属（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化膦（TOPO），溶剂兼次配体为三辛基膦（TOP）。这种方法制备量子点，具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点，其粒径分布可用多种手段控制，因而成为目前制备量子点的主要方法。 2.1 单核量子点的制备1993 年，Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物，在高温有机溶剂中通过调节反应温度，合成了量子产率约为10%、单分散(± 5%)的CdSe 量子点。他们采用TOPO 作为有机配位溶剂，用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物，依次将其注入到剧烈搅拌 的350℃TOPO 溶液中，在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核，然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核，随后升温 到260～280℃并维持一段时间，根据其吸收光谱监测晶体的生长，当晶体生长到所需要的尺寸时，将反应液冷却至60℃。加入丁醇防止TOPO 凝固，随后加入过量的甲醇，由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇，通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。通过改变温度，可以将粒径控制在2.4～13nm 之间，且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。此后，Peng 等又通过进一步优化工艺条件 ,将两组体积不同，配比一定的Cd (CH3) 2、 Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温 TOPO 中的方法制得了棒状的 CdSe量子点，从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。利用这种方法合成的量子点受到杂质和晶格缺陷的影响，因此量子产率较低。由于Te 更容易被氧化，所以制备高质量的CdTe 要比制备CdSe，CdS 难得多。2001 年，Dmitri.V 等用DDA(十二胺)代替TOPO作反应溶剂合成高质量的CdTe 量子点，量子产率可达65%，且窄的发射光谱覆盖红色和绿色
碳量子点应用简介
碳量子点与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。它在包括改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。这项研究将发表在6月7日的《Journal of the American Chemical Society》杂志上。 1碳量子点简介 相对于金属量子点而言，碳量子点无毒，对环境的危害小，造价也更便宜。由它制成的传感器可以用来探测爆炸物和炭疽热等生化战剂。克莱蒙森大学化学博士孙亚平说：“碳不是半导体，发光碳纳米粒子不管是从理论角度还是从应用角度看都是非常有意思的。它代表着发光纳米粒子研究的一个新的平台。” 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。 因为碳纳米粒子具有很大的表面积，所以长期以来科学家们一直认为这种纳米粒子相比宏观碳，具有非常奇特的化学和物理性质。孙亚平和同事从石墨中提取出碳纳米粒子，并且证明这些粒子表面覆盖一种特殊的聚合物后，在光照下可以发出非常明亮的光，就像是微小的光球一样。科学家们认为这种光致发光现象可能是由于碳量子点表面的空洞可以储存能量造成的。而金属量子点的发光机制则稍微有些不同。 量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但这些量子点一般有毒，对环境也有很大的危害。所以科学家们寻求在一些良性的化合物中提取量子点。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制备和应用 目前制备碳量子点的方法很少，报道的制备具有荧光性质的碳量子点的方法有: (l)高温高压切除法 利用激光从石墨粉表面切下碳纳米粒子，将其与有机聚合物混合后，即获得直径小于5nm且具有光致发光特性的碳量子点。 (2)蜡烛燃烧法 通过收集和酸处理蜡烛灰，得到表面具有羧基和羟基的亲水性碳量子点，直径约1nm。 (3)电化学扫描法 在乙腈和四丁基高氯酸铵支持电解质中，通过电化学循环伏安扫描，使四丁基高氯酸铵进入碳纳米管间隙，从碳纳米管的缺陷处剥落下碳量子点(直径约2.8 nm)。相对前两种方法，电化学法更易实现大规模快速生产。
碳量子点研究
摘要 碳量子点是一种以碳元素为主体的新型荧光碳纳米材料，碳量子点具有许多优良性质主要包括：荧光稳定性高且耐光漂白、激发光宽而连续、发射光可调谐、粒径小分子量低、生物相容性好且毒性低和优良的电子受体和供体等特性还有比传统金属量子点更为优越的特点。碳量子点不但克服了传统有机染料的某些缺点，而且有分子量和粒径小、荧光稳定性高、无光闪烁、激发光谱宽而连续、发射波长可调谐、生物相容性好、毒性低等优点。更易于实现表面功能化，被认为是一种很好的理想材料。对近几年国内碳量子点的研究现状，对电弧法、激光剥蚀法、电化学法、模板法等合成碳量子点的方法进行了简单的介绍，以及合成碳量子的方法分类，论述了碳量子点有望取代传统半导体量子点，在生物成像、发光探针分析等领域进行广泛的应用。检测重金属离子，检测小分子，溶液的酸碱性具有越来越重要的作用，是一种新型的纳米材料。为此，开展荧光碳量子点的基础研究具有重要的理论意义和应用价值,成为近几年的研究热点。本研究中对其性质，合成以及其应用进行了几个方面的综述。 关键词：碳量子点；材料；合成；应用；
Abstract A quantum dot is a carbon carbon as the main element of the new carbon nano fluorescent material having a plurality of quantum dots carbon excellent properties including: light stability, and high bleaching fluorescence excitation light wide and continuous light emission can be tuned to a small particle size low molecular weight, low toxicity and good biocompatibility and excellent electron acceptor and donor still more excellent characteristics than the conventional metal quantum dots characteristics. Carbon not only overcome the quantum dot certain disadvantages of the conventional organic dye, and a small molecular weight and particle size, high fluorescence stability, no light flashes continuously broad excitation spectrum, the emission wavelength can be tuned, good biocompatibility, low toxicity and so on. Easier to implement the function of the surface is considered to be an ideal material good. In recent years, research on the status of domestic carbon quantum dots, quantum dot synthesis method for carbon arc, laser ablation, electrochemical method, template method for a simple introduction, as well as the synthesis of carbon quantum method of classification, discusses carbon quantum dots are expected to replace traditional semiconductor quantum dots, in the field of biological imaging, luminescence probes for extensive analysis applications. Detection of heavy metal ions, the detection of small molecules, the pH of the solution has an increasingly important role, is a novel nanomaterials. To this end, the basic research carried out fluorescent carbon quantum dots has important theoretical significance and application value and become a research hotspot in recent years. The study was reviewed several aspects of its nature, synthesis and their applications. Keywords: carbon quantum dots; materials; synthesis; application
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。 Kang等以石墨棒为
碳量子点的制备与应用
Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2017, 6(3), 128-136 Published Online August 2017 in Hans. https://www.360docs.net/doc/d46656458.html,/journal/japc https://https://www.360docs.net/doc/d46656458.html,/10.12677/japc.2017.63016 文章引用: 叶明富, 陈丙才, 方超, 吴延红, 陈国昌, 孔祥荣. 碳量子点的制备与应用[J]. 物理化学进展, 2017, 6(3): Synthesis and Applications of Carbon Quantum Dots Mingfu Ye 1*, Bingcai Chen 1, Chao Fang 1, Yanhong Wu 2, Guochang Chen 1, Xiangrong Kong 3 1School of Chemistry and Chemical Engineering, Hexian Development Institute of Chemical Industry, Anhui University of Technology, Maanshan Anhui 2Shandong Huayu University of Technology, Dezhou Shandong 3Beijing Building Materials Sciences Research Academy, Beijing Received: Jul. 10th , 2017; accepted: Jul. 23rd , 2017; published: Jul. 26th , 2017 Abstract Carbon quantum dots (CQDs), a novel class of carbon nanomaterials, have received wide attention due to their strong quantum confinement effect and stable photoluminescence property. This ar- ticle reviews the different synthetic methodologies to achieve good performance of CQDs. At the same time, the applications of CQDs are also reviewed in the article. Keywords Carbon Quantum Dots, Nanomaterials, Preparation Methods, Applications 碳量子点的制备与应用 叶明富1*，陈丙才1，方 超1，吴延红2，陈国昌1，孔祥荣3 1 安徽工业大学和县化工产业发展研究院化学与化工学院，安徽 马鞍山 2山东华宇工学院，山东 德州 3北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 收稿日期：2017年7月10日；录用日期：2017年7月23日；发布日期：2017年7月26日 摘 要 碳量子点(Carbon quantum dots, CQDs)是一种新型的碳纳米材料，因其强的量子限域效应和稳定的荧*通讯作者。