荧光碳点

合集下载

荧光碳点的合成、性能及其应用

文章编号:1001-9731(2021)01-01053-11荧光碳点的合成㊁性能及其应用*毛惠会1,薛茗月1,2,韩国成1(1.桂林电子科技大学生命与环境科学学院,广西桂林541004;2.岭南师范学院化学化工学院,广东湛江524048)摘要:碳点(C a r b o nd o t s,C D s)是指粒径一般小于10n m的新型荧光碳纳米材料,与传统的量子点相比,具有制备简单㊁原料来源丰富㊁低细胞毒性㊁良好的水溶性和生物相容性㊁易于功能化改性㊁价格低廉㊁容易大规模合成等特性㊂由于其优越的性能,碳点在电化学分析和生物传感㊁荧光成像㊁药物传递㊁光电催化㊁发光器件㊁环境能源等领域表现出良好的潜在应用前景,研究人员对其进行了广泛的科学研究并取得了重要的进展㊂综述了近年来碳点绿色合成方法㊁形成机制方面的研究现状,以及在生物传感㊁生物成像㊁药物传递㊁发光材料和光催化等领域的应用进展,并展望了荧光碳点的发展方向㊂关键词:碳点;合成方法;性能特点;应用领域;综述中图分类号: O657.3;T B34文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0090引言荧光碳点(C a r b o nd o t s,C D s)是2004年发现的新型碳纳米材料[1],它不仅具有普通纳米材料的共性,还具有出色的荧光性能,可以作为新型荧光探针被广泛的应用于生物医学和光电学领域,从而吸引了越来越多研究者的关注㊂与传统的半导体量子点和有机染料相比,碳点作为优良的荧光纳米探针具有各种独特的性能㊂一方面,与传统的半导体量子点相比,碳点具有良好的生物相容性,即使在较高浓度条件下,细胞或生物体依然可持续地生活㊂另一方面,碳点表面通常富含羧基㊁氨基和羟基等亲水性基团,在水中表现出良好的溶解度和稳定性㊂再者,碳点具有良好的光稳定性,不存在光漂白问题,有利于长期细胞成像㊂另外,碳点还具有成本低廉㊁制备简单方便㊁稳定性好等优异性能,对碳点在体外和体内荧光成像中的应用具有重要意义㊂近年来,关于碳点的制备㊁性质和应用的研究已经取得了较大的进展,多种碳纳米材料(多功能纳米药载[2]㊁聚合物胶束[3]㊁磁性纳米粒子[4]等)在生活的各方面也得到了广泛应用㊂因此,本文对碳点的性质㊁合成方法及其应用进行了综述㊂1碳点的合成方法自从C D s被发现以来,已经有了各种各样的制造技术,根据制造工艺的不同,大体可将制备方法分成两大类:自上而下(T o p-d o w n)和自下而上(B o t t o m-u p)途径[5,6]㊂T o p-d o w n途径是指C D s在比较大的碳结构材料中形成或剥离出来,它包括电弧切割法㊁激光消融法和电化学法,其中,电弧切割法㊁激光消融法需要消耗太大的电能;电化学法是最传统的合成方法之一,通常合成过程中需要使用强氧化剂(强碱或酸),由于很难彻底去除过量的氧化剂,增加了环境问题,所以传统的合成方法通常在原材料或合成技术中都是不符合绿色化学要求㊁不符合可持续发展要求的㊂而B o t-t o m-u p途径是以小分子有机物为前驱体,例如葡萄糖㊁蔗糖㊁柠檬酸㊁氨基酸甚至食物残渣等,通过一系列反应最终得到C D s,主要包括微波辅助法㊁热解合成法㊁水热合成法等,这些方法中采用的原材料均为有机化合物与生物质材料,是开发更绿色的方法来合成C D s的重要方向㊂下面对各种方法进行简单介绍㊂1.1 T o p-d o w n1.1.1电弧切割法这种方法也是最初发现荧光碳点的经典方法㊂2004年,X u等[1]通过电弧放电法制备单壁碳纳米管时,偶然发现在紫外灯照射下,该单壁碳纳米管具有荧光分离带,对该荧光物进行电泳分离,得到蓝㊁绿和黄光三种荧光发射的纳米材料,如图1所示㊂该方法实验工艺复杂,制备的碳点杂质较多且荧光量子产率(p h o t o l u m i n e s c e n c e q u a n t u m y i e l d,P L Q Y)较低,因此并未得到广泛采用,但是电弧放电法对碳点的首次发现有着里程碑式的意义㊂1.1.2激光消融法2006年,S u n等[7]使用新的备制方法:利用激光消融法制出了碳纳米粒子,并提出了碳点的说法,简单的激光消融法制备C D s的实验装置示意图如图2所示㊂35010毛惠会等:荧光碳点的合成㊁性能及其应用*基金项目:国家自然科学基金资助项目(61861010,81873913);广西自然科学基金资助项目(2018J J A120061)收到初稿日期:2020-06-29收到修改稿日期:2020-08-20通讯作者:薛茗月,E-m a i l:x m y818@163.c o m 作者简介:毛惠会(1996 ),女,山西运城人,在读硕士,师承薛茗月教授,从事纳米材料㊁生物传感研究㊂用激光使碳化物熔融得到没有荧光的基本碳纳米粒子初产物㊂将所得初产物经加热回流处理12h ,再经过末端含氨基的高分子聚合物如P E G 1500N 修饰后,制得了可发出荧光的直径为5n m 的碳纳米粒子,对碳纳米粒子进行激发时,其波长可以达到450n m ,此时P L Q Y 为4%~10%左右㊂随后的研究发现,如果把Z n S 或Z n O 掺入到材料中去,P L Q Y 可达到45%以上,但制作过程繁琐㊂由于激光消融法对操作仪器的要求较高,而这些仪器又往往比较昂贵,同时这一做法还需要钝化剂,所以这一方法成本过高,再加上产量低,所以使用者比较少㊂图1 不同比例的荧光碳点在365n m 照射下的照片[1]F i g 1I m a g e so fd i f f e r e n t p r o po r t i o n so ff l u o r e s c e n t c a r b o nd o t s u n d e r 365n mi r r a d i a t i o n[1]图2 简单的激光消融法制备C D s 的实验装置示意图[7]F i g 2S c h e m a t i c d i a g r a mo f e x pe r i m e n t a l d e v i c ef o rC D s p r e p a r e d b y s i m pl e l a s e r a b l a t i o nm e t h o d [7]1.1.3 电化学法2007年,Z h o u 等[8]利用电化学方法,以多壁碳纳米管作为工作电极,铂丝为对电极,A g /A g C l O 4为参比电极,将含有0.1m o l /L 四丁胺高氯酸盐的乙腈溶液作为电解液,进行电位扫描,最后得到发蓝色光的碳纳米簇㊂经对得到的含有碳纳米的溶液进行分离可以得到直径为3.0~6.0n m 的C D s ,这一方法的P L Q Y可以达到6.4%㊂在一系列研究的基础上,L u 等[9]采用等离子液体做电解液㊁石墨做电极,通过调节水和离子液体的比例,成功合成出粒径分布在2~4n m ,发光覆盖紫外-可见光区域的C D s,如图3所示,实现了对C D s 荧光发射的调控㊂该方法具有反应速率快㊁电解质可循环使用的优点,但是,复杂的实验条件和电解体系使其未得到广泛采用㊂图3 在超纯水中以电化学方法制备C D s [9]F i g 3P r e p a r a t i o no fC D s i nu l t r a p u r ew a t e rb y el e c -t r o c h e m i c a lm e t h o d[9]1.2 B o t t o m -u p 1.2.1 微波辅助法Z h u 等[10]首次采用微波法,在短短几分钟内就合成出了荧光强度高㊁水溶性好㊁耐光漂白的C D s㊂研究发现,随着反应时间的延长,溶液逐渐由无色变成黄色(A ),最后变成深棕色(B ),如图4所示,说明了C D s 的生成㊂W a n g 等[11]用750W 微波加热甘油和P B S 溶液14m i n ,得到P L Q Y 为3.2%的C D s ㊂L i u 等[12]对该合成方法进行改良,以甘油为碳源,T T D D A 为表面纯化剂,700W 微波加热10m i n ,制得了P L Q Y 为12.02%的C D s㊂该课题组进一步以柠檬酸和乙二胺为碳源和表面纯化剂,制得量子产率高达30.2%的C D s [13]㊂图4 微波热解法合成C D s [10]F i g 4S y n t h e s i s o fC D s b y m i c r o w a v e p y r o l ys i s [10]450102021年第1期(52)卷微波具有优越的穿透能力,采用微波加热可以使分散于溶剂中的碳源材料受热更加均匀,反应时间大为缩短,因此微波法是一种十分简便快捷的荧光碳点制备方法㊂1.2.2热解合成法热分解法早期被用来制备多种半导体和磁性纳米材料,但研究证实,外部加热可以加速有机物的脱水和碳化,进而得到碳点㊂X u e等[14]将荔枝核置于一个陶瓷坩埚中,以10ħ/m i n加热至300ħ碳化2h,冷却后研磨,将样品加入纯水中,在超声的条件下采用滤膜(0.22μm孔径)过滤溶液除去较大颗粒获得碳点㊂L i n等[15]将3g柠檬酸加入到5m L烧杯中,然后将烧杯置于加热罩中加热到230ħ,在20m i n后液体的颜色由无色变为紫红色,说明C D s已经形成㊂M a r t i n-d a l e等[16]在180ħ下将柠檬酸(C i t r i cA c i d,C A)热解40h,得到产率为45%㊁粒径分布在(6.8ʃ2.3)n m范围内的C D s㊂但是,由于受热不均匀,温度偏高或者偏低均会导致碳点的发光性能变差㊂1.2.3水热合成法P a n等[17]首先将纯化过后的氧化石墨分散在水中,之后调节溶液至碱性,在200ħ下反应10h,经过离心㊁透析等一系列的纯化过程之后就可得到所需的蓝光C D s,粒径为5~13n m,P L Q Y为6.9%㊂Z h a n g 等[18]将水和乙醇的混合液作为水热反应的溶剂,将L-抗坏血酸(L-a s c o r b i c a c i d,L-A A)作为碳源,在水热反应釜中180ħ反应4h,最后经过纯化后制得了粒径为2n m左右的C D s㊂W a n g等[19]将50m L1-甲基-2-吡咯烷酮置于80m L聚四氟乙烯高压锅中,在200ħ下恒温加热约10h,以水作为溶剂透析3d除去剩余溶剂,获得直径为5~15n m的C D s,P L Q Y为8.4%㊂利用水热法制备C D s几乎用不到一些相当昂贵的仪器设备,经济环保,而且具有简单易行的操作方法和较强的可控性,同时,由于反应在密闭的水热反应釜中进行,还避免了有毒物质挥发进入环境,也能利用日常生活中常见的资源,是一种绿色㊁简便㊁快捷㊁高效的来合成C D s的方法㊂随着对荧光C D s的深入研究发现,自下而上的合成方法采用的碳源更加丰富㊁绿色环保,所需的设备也更加简便㊁容易操作,该方法在细胞成像㊁药物输送等方面具有更加广泛的应用㊂2碳点的结构与性质2.1碳点的结构C D s是一种三维团簇结构,其3个维度尺寸均在纳米级别,C D s的核一般由s p2杂化碳或无定形碳组成,晶格间距与石墨或无定形碳的晶格间距一致,粒径一般小于10n m,如图5所示[20],只有传统荧光试剂的十分之一,因此,C D s更易于通过内吞作用到达细胞内,且因其容易获得,合成简单,越来越受到研究人员的关注㊂图5 C D s的结构示意图[20]F i g5S t r u c t u r e d i a g r a mo fC D s[20]2.2碳点的性质2.2.1光学性质C D s在紫外光区域内(主要在280~360n m之间)表现出较强的光吸收,经修饰后吸收波长会相应增加或吸收峰增强,有一些吸收峰可延伸至可见光区[21]㊂C D s发射荧光的一个有趣特征是激发波长依赖的发射光谱,虽然已有许多研究报道,但C D s的普遍荧光起源仍是一个谜㊂目前,最普遍接受的发光机制是表面态[22-25]㊁量子限制效应[26-27]和分子荧光[28-29]㊂用不同的合成方法㊁前驱体和后处理合成的C D s表现出不同的光学性能,这表明C D s表现出比预期更复杂的系统㊂例如,熊焕明等[23]采用对苯二胺和尿素做前驱物,进行水热反应㊁分离,获得了发光覆盖整个可见光光谱的C D s,如图6所示,发现C D s的发光与尺寸大小无关,仅与其表面态有关㊂林恒伟等[26]采用3种不同的同分异构体邻/间/对苯二胺做前驱物,水热反应㊁分离㊁提纯后,得到蓝光㊁绿光和红光C D s,如图7所示,发现C D s的荧光性质受尺寸和N含量共同影响㊂图6全彩色发光C D s示意图(上);发射红移与表面氧化的关系(下)[23]F i g6S c h e m a t i cd i a g r a m o f f u l l-c o l o r l u m i n o u sC D s(u p);r e l a t i o n s h i p b e t w e e ne m i s s i o nr e d s h i f ta n d s u r f a c e o x i d a t i o n(d o w n)[23]55010毛惠会等:荧光碳点的合成㊁性能及其应用图7 (a )3种不同的C D s ;(b )3种C D s 在日光(左)和365n m 紫外灯照射下(右)的照片[26]F i g 7Th r e e d i f f e r e n tC D s a n d p h o t o so f t h r e eC D s i l l u m i n a t e db y s u n l i gh t (l e f t )a n d365n m U Vl i g h t (r i gh t )[26]此外,S c h n e i d e r 等[28]通过制备3种柠檬酸基C D s,证实了独特的分子荧光对C D s 发射的贡献,证明了溶液中附着在C D s 上的分子荧光对C D s 的光学特性有很大的影响㊂因此,对不同文献报道中C D s 的性质进行比较以形成统一的理论是不合适的㊂与常见的有机或无机荧光团相比,C D s 的荧光不发生光闪烁,并且具有优异的光稳定性㊂H i l l 等[30]采用微波介导法分别制备葡萄糖与N -掺杂T T D D A ㊁多巴胺形成C D s ,如图8所示,曝光24h 后,用激光扫描共聚焦显微镜观察,发现C D s 的荧光并没有发生漂白现象,其荧光强度也没有明显的降低㊂C D s 的荧光强度还与p H 有关[31]㊂荧光C D s 的光致发光强度在中性范围内几乎是恒定的(pH=5.5~8.0)[32],随着p H 值从8增加到13,光致发光逐渐增强,从5.5降低到1,荧光逐渐衰减,如图9所示;同时pH 依赖的光致发光行为是可逆的,当p H 值从13到1时,吸收变弱,当p H 值又恢复到13时,吸收光谱和光致发光光谱恢复㊂图8 葡萄糖与N -掺杂T T D D A 和多巴胺形成C D s 的比较研究[30]F i g 8C o m p a r a t i v e s t u d y o fC D s f o r m e db yg l u c o s e ,N -d o p e dT T D D Aa n dd o pa m i n e [30]图9 光致发光强度与p H 值的关系[32]F i g 9R e l a t i o n s h i p be t w e e n p h o t o l u m i n e s c e n c ei n -t e n s i t y an d p Hv a l u e [32]2.2.2 发光性质C D s 的发光特性主要包括光致发光(P h o t o l u m i -n e s c e n c e ,P L )和电致发光(E l e c t r o l u m i n e s c e n c e ,E C L )两种,发光机理示意图如图10所示[33]㊂C D s 的光致发光机理还未完全研究清楚,不能准确定义㊂除了P L 性能外,与半导体量子点相似,碳点还具有E C L 性能[34]㊂在电位循环过程中,负电位时(R *-)可形成碳点还原态,正电位时(R *+)可形成碳点氧化态㊂还原和氧化物质之间的电子转移湮灭导致激发态(R *)形成,激发态会在跃迁回基态时产生一个E C L 信号㊂图10 碳点的E C L 和P L 发光机理[33]F i g 10L u m i n e s c e n c e m e c h a n i s m o fE C La n dP Lo f c a r b o n p o i n t s [33]除此之外,C D s 还具有化学发光(C h e m i l u m i n i s -c e n c e ,C L )的特性㊂L i n 等发现H 2O 2-H S O -3体系的化学发光强度弱,而加入C D s 后,H 2O 2能够直接氧化碳点形成C D s -和C D s+,二者电子转移湮灭,生成的激发态C D s*为化学发光的发光体,对比后发现发光增强了60倍[35]㊂除了上述有氧化剂参与的化学发光反应之外,G u o 等[36]在无氧化剂的情况下,以C D s 作为催化剂,有效催化了溶解氧,分解产生超氧阴离子自由基,进而与l u m i n o l 反应产生化学发光㊂与常规荧光团相比,C D s 表现出更高的上转换荧光(U C P L )效率㊂L i 等[37]利用浓酸氧化制备的石墨650102021年第1期(52)卷烯量子点经P E G钝化后,激发波长为600~800n m 时,发射波长为390~468n m,具有上转换荧光性质㊂而且上转换发射光和激发光的能量几乎是不变的,大约为1.1e V㊂由于长激发波长光具有深层组织穿透能力,所以上转换(同时吸收两个或连续吸收多个较长波长的光子后发射较短波长的光子)荧光更易于实现体内成像;同时由于高度局域化的非线性光子吸收过程,上转换荧光易于实现高空间分辨率㊁低背景干扰和低光子毒性的分子成像㊂2.2.3碳点的毒性和生物相容性碳元素是生物分子的骨架,因此,C D s比其他纳米材料具有更好的生物相容性[38-39]㊂另有研究证实,C D s对多个细胞系的细胞毒性很低㊂同时,在短时间内C D s可完全被人体清除㊂因此,C D s在生物医学应用方面具有巨大的潜力㊂孙亚平课题组是最早实现以C D s进行活体成像的[40]㊂他们分别研究了以皮下注射和静脉注射C D s 溶液的方式进行活体成像,如图11所示㊂从小鼠前掌皮下注入C D s后,C D s沿小鼠前肢缓慢移动;以静脉注射的方式向小鼠体内注入C D s,并剖开小鼠腹部进行成像时,除了膀胱及尿液有C D s荧光外,其他组织没有明显的荧光㊂这一现象从一个侧面反映了C D s 这类体积超小的纳米颗粒一般是可以从尿液排泄的,在体内无残留,无累积㊂图11小鼠前掌皮下注射C D s(左);静脉注射C D s示意图(右)[40]F i g11C D sw e r e i n j e c t e d s u b c u t a n e o u s l y i n t o t h e f o r e p a l mo fm i c e a n d s c h e m a t i c d i a g r a mo fi n t r a v e n o u sC D s[40]3碳点的应用由于C D s具有水溶性好㊁化学惰性高㊁易功能化㊁光致发光㊁低毒性㊁生物相容性好㊁耐光漂白等重要特性,这使得它们在生物传感㊁生物成像㊁药物传输和光电等领域具有重要地位㊂3.1生物传感C D s由于优良的光学特性(高荧光强度㊁抗光㊁漂白性低㊁发光颜色可调等)得到了极大的重视,并被广泛应用于阴阳离子㊁有机小分子及大分子检测等方面的研究㊂3.1.1阴阳离子检测C D s广泛应用于各种阴阳离子的检测,如F e3+㊁Z n2+㊁H g2+㊁C r3+㊁A u3+㊁A l3+㊁A g+㊁P b2+㊁F-㊁I-㊁S2-等㊂代[41]以杏仁为碳源,采用热解-水热的方法制备了磷㊁氮共掺杂C D s,这种碳点在水溶液中对F e3+的特异性选择和高灵敏度,可用于检测细胞内F e3+的浓度,实现生物传感的功能,如图12所示㊂Z h a n g等[42]合成了喹啉衍生物修饰的C D s,基于喹啉衍生物对Z n2+的特异性识别作用使得C D s荧光增强的现象,建立了高灵敏㊁高选择性检测Z n2+的荧光方法,如图13所示,该方法还可以实现细胞内Z n2+的实时成像㊂除此之外,杨子康[43]利用油茶果壳粉末制备的C D s,在P b2+的存在下会发生荧光猝灭,对P b2+有良好的选择性和较高的灵敏度㊂图12激光共聚焦H e p G-2细胞成像㊂不加F e3+(下左),加入F e3+(下右)[41]F i g12L a s e r c o n f o c a lH e p G-2c e l l i m a g i n g.N oF e3+(l o w e r l e f t)a n d a d d i n g F e3+(l o w e r r i g h t)[41]75010毛惠会等:荧光碳点的合成㊁性能及其应用图13基于C D s的荧光探针的合成及其用于检测Z n2+的示意图[42]F i g13S y n t h e s i s o fC D s b a s e d f l u o r e s c e n t p r o b e s a n d a s c h e m a t i c d i a g r a mo f Z n2+d e t e c t i o n[42]除上述阳离子外,C D s也可用于阴离子的检测㊂郑[44]利用碳点表面的羧基与金属离子的配位特性,构建了A l3+-C D s复合荧光探针,建立了环境中F-的定量检测方法㊂当F-存在时,由于F-能与A l3+发生强烈相互作用,C D s分散,荧光恢复㊂因此,该方法用于玻璃厂排放的废水中F-的检测,简单快速㊂3.1.2小分子及大分子检测C D s常用于许多生物分子的荧光分析,包括代谢物,鸟苷-3'-二磷酸-5'二磷酸(p p G p p),碱性磷酸酶,赖氨酸,透明质酸酶,谷胱甘肽,三磷酸腺苷等㊂此外, C D s还作为许多药物分子的荧光探针对其进行检测,包括维生素B12,四环素,抗坏血酸,敌敌畏,草甘膦和有机磷农药以及其他小分子物质等㊂江[45]以乙二醇胺同时作为碳源及氮源,无需其他溶剂或催化剂,经微波法在10m i n内制备得氮掺杂C D s,在实际样品(血样㊁尿样)的检测中其优异性能得到了进一步的印证㊂C h e n等[46]提出了一种使用铽改性C D s(C D s-T b)检测p p G p p的高选择性㊁高灵敏度荧光比值法㊂研究表明,T b3+的特征峰强度随着p p G p p 浓度的增加而增加,而C D s的荧光则保持不变㊂因此,C D s-T b可以在其他核苷酸(如G T P和G D P)中特异性地识别p p G p p,C D s-T b的合成过程如下图14所示㊂周[47]以N㊁S㊁P共掺杂碳纳米点(N,S,P-C N D S a c)为基础,构建了免标记锰(V I I)和L-A A的荧光探针㊂加入L-A A后,M n(V I I)被还原为M n(I V)㊁M n(I I)和M n(0),N,S,P-C N D S a c的荧光恢复,实现了对L-A A的检测㊂C h e n等人[48]通过将柠檬酸㊁丙烯酰胺溶解于甲酰胺的溶剂,采用热解法合成了红光C D s,发现,农药福美锌可以与H g2+形成更稳定的络合物,该络合物使C D s淬灭的荧光得到恢复㊂因此,在H g2+存在的情况下,C D s对福美锌具有较高的选择性㊂图14 C D s-T b的合成过程示意图[46]F i g14S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h e s y n t h e s i s p r o c e s so fC D s-T b[46]一些生物分子如蛋白质和氨基酸可以通过表面钝化增强C D s的荧光㊂在此基础上,S o n g等[49]制备了一种功能双发射C D s(f u n c t i o n a l d u a l e m i s s i v eC D s, d C D s),该d C D s对赖氨酸(440n m)和p H(624n m)表现出有趣的波长依赖性双重响应功能,使这两个目标的比值检测成为可能㊂因此,该探针成功地用于监测细胞系统中赖氨酸和p H的动态变化,d C D s的制备过程和赖氨酸和p H的特异性比值检测的原理图如图15所示㊂3.2细胞成像与细胞标定C D s具有良好的生物相容性和无毒性等特点,已被广泛应用于细胞和细菌等生物物种的生物成像和传感㊂郁[50]分别采用同分异构体的邻/间/对苯二胺为碳源,通过优化苯二胺的种类㊁水热反应的温度㊁时间及溶剂体系(水/乙醇)获得发光覆盖整个可见光波段的蓝㊁绿㊁黄㊁橙和红光C D s,将P L Q Y较高的橙光碳点作为荧光成像探针,成功标定了H e L a细胞㊂W a n g 等[51]成功地将红光碳点(R-C D s)用于细胞内甲醛(F A)的检测,如图16所示㊂体外实验表明,R-C D s能850102021年第1期(52)卷快速㊁高选择性地检测F A ㊂图15 d C D s 的制备过程以及赖氨酸和p H 的特异性比值检测的原理图[49]F i g 15P r e p a r a t i o n p r o c e s s o f d C D s a n d t h e s c h e m a t i c d i a g r a mo f s p e c i f i c r a t i od e t e c t i o no f l ys i n e a n d p H [49]图16 R -C D (5m g /m L )和不同浓度的F A 孵育H e pG -2细胞的共聚焦荧光图像[51]F i g 16C o n f o c a l f l u o r e s c e n c e i m a g e s o fH e pG -2c e l l s i n c u b a t e dw i t hR -C D (5m g/m L )a n d d i f f e r e n t c o n c e n t r a -t i o n s o f F A[51] 除了细胞成像,C D s 还为细菌检测提供了一种很有前途的探针㊂W a n g 等[52]采用溶胶-热法制备了P L Q Y 为18.98%的水溶性C D s (W -C D s),并将其进一步用于大肠杆菌O 157:H 7的荧光检测㊂C h e n 等[53]通过一步加热反应获得P L Q Y 为43%的C D s ,可作为金黄色葡萄球菌㊁大肠杆菌等细菌的多色标记剂㊂3.3 药物传递化疗作为癌症的主要治疗方法之一被广泛应用,但是化疗药物较差的针对性和非特异性毒性严重影响了治疗效果,基于此,C D s 因其独特的理化性质,作为药物载体,在肿瘤治疗领域应用广泛㊂文[54]采用微波法制备C D s 作为药物载体,通过酰胺化反应与葡萄糖胺盐(G l u -N H 2)靶向配体结合形成C D -G l u 纳米复合物,最后将顺铂(P t )负载到C D -G l u ,组成纳米药物(C D -G l u -P t )㊂通过观察4T 1小鼠皮下瘤的肿瘤体积和体重变化,发现C D -G l u -P t 纳米药物能靶向输送药物至肿瘤,并降低药物毒性,发挥了良好的抑制肿瘤生长的效应㊂郑等[55]以有序介孔纳米碳球(OM C N s)为基质,先后对其进行磁化㊁氨基和肼基修饰,最终制得可与抗肿瘤药物盐酸阿霉素(D O X )共价结合的磁靶向药物载体(HMOM C N s)㊂通过研究发现,HMOM C N s 对D O X 具有p H 控释性,随着pH 的降低,其累积释药率增加,当p H 降至5.5时,10h 累积释药率达到最大,最大值为76%㊂G a o 等[56]报道了聚乙烯亚胺修饰的碳量子点(P -C D )与透明质酸共轭的阿霉素(H A -D o x )通过静电自组装形成P -C D s /H A -D o x 复合物用于质酸酶的检测㊁自身靶向成像和药物递送,如图17所示㊂通过利用透明质酸对C D 44受体(一种细胞膜糖蛋白)的高亲和力在许多癌细胞过表达,P -C D /H A -D o x 能够靶向渗入癌细胞,随后被透明质酸酶激活,H A -D o x 被消化成许多小片段,导致D o x 的释放,从而恢复P -C D 的荧光㊂考虑到生物体对可见光区的强吸收,碳点在药物传递和靶向治疗方面有很大的应用前景㊂3.4 发光材料由于出色的荧光发光性质,碳点作为发光材料,被广泛应用于生活中㊂95010毛惠会等:荧光碳点的合成㊁性能及其应用图17 P E I -C D s /H A -D o x 的形成以及用于靶向癌细胞成像和药物递送的纳米探针[56]F i g 17F o r m a t i o n o f P E I -C D s /H a -D O x a n d n a n o -p r o b e s f o rt a r g e t i n g c a n c e rc e l l i m a g i n g an d d r u g d e l i v e r y[56]3.4.1 L E D 器件由于C D s 具备优异的发光可调性能,因此荧光C D s 取代传统发光材料在白光L E D 器件方面有一定的应用㊂张[57]采用溶剂热法处理柠檬酸铵和乙二胺四乙酸等前驱体成功制备出一系列发光可调的全光C D s㊂其中,白光发射主要是因为能级间电子跃迁引起的不同发射光的重叠㊂研究结果表明了全光C D s 在L E D和全光显示等方面有着潜在的应用前景㊂W a n g 等[58]通过水热法以柠檬酸钠和L -半胱氨酸为前驱体合成了发射峰为500n m 左右的绿色C D s ㊂把绿光C D s 跟红光荧光粉的混合物作为荧光粉,再结合395n m 紫外芯片制得白光L E D ,适用于室内照明㊂3.4.2 荧光油墨C D s 由于其独特的荧光发光性质,制成的荧光油墨可以用于防伪㊁信息加密等领域㊂图18 N C D s ㊁g -C 3N 4和N C D s @g -C 3N 43种荧光油墨在365n m 紫外灯照射下的照片[59]F i g 18N C D s ,G -C 3N 4a n d N C D s @G -C 3N 4fl u o r e s -c e n t i n k s u n d e r u l t r a v i o l e t l i gh t o f 365n m [59]Y a n g 等[59]利用简单的水热法成功合成了一种新型多孔氮掺杂碳点复合材料㊂研究发现N C D s 和g -C 3N 4以及最终产物N C D s @g -C 3N 4均可发出明亮的荧光,可作为荧光油墨用于防伪和信息加密,如图18所示㊂B u 等[60]采用一步水热法制备了一种水溶性的氮掺杂碳点(N -C D s )㊂该碳点作为一种新型安全荧光油墨具有显著的荧光特性,如图19所示㊂与传统油墨相比,新型C D s 油墨具有清洁㊁持久㊁无污染等优点㊂图19 N -C D s 作为荧光油墨在紫外灯照射下的照片[60]F i g 19N -C D sa sa f l u o r e s c e n t i n ku n d e ru l t r a v i o l e t l i gh t [60]3.5 光催化剂利用光催化剂降解污染物是治理水污染的有效途径之一㊂石墨化碳(g -C 3N 4)作为有效的光催化剂引起了全球的广泛关注,但其光电子空穴对的高复合率和低可见光吸收效率限制了g -C 3N 4的光催化效果,这极大地阻碍了实际应用㊂面对这个问题,Z h a n g 等[61]通过简便的浸渍热法合成了C D 修饰的石墨化碳氮化(g -C 3N 4)光催化剂,用其来降解苯酚,发现,合成的光催化剂不仅可以通过扩展可见光吸附区来增强光致电子-空穴对的产生,也促进了g -C 3N 4/C D s 结中的电子空穴分离,从而产生更多的空穴㊁O 2-和-O H 自由基,促进了苯酚的降解㊂W a n g 等[62]报道了N 掺杂碳点(N C D s )在可见光照射下降解吲哚美辛(I D M )的反应速率比原始g -C 3N 4高出13.6倍㊂而Y a n g 等[59]发现,在可见光照射下,N C D s@g -C 3N 4的光催化活性明显高于g -C 3N 4和N C D s 对亚甲基蓝(M B )的降解㊂由此可见,g -C 3N 4/C D s 复合材料可以作为一种良好的光催化体系,运用到实际的污染物治理中㊂4 结语自2004年发现C D s 以来,C D s 的研究得到了长足发展㊂主要概括了近几年C D s 领域的研究,包括C D s 的合成方法㊁性能特征以及在环境㊁生物成像㊁药物传递㊁光催化等方面的应用,发现C D s 具有良好的发展前景㊂但是目前,其制备和应用方面仍然存在一些局限性:C D s 的发光机制还没有被很好的理解,可持060102021年第1期(52)卷。

环境监测中荧光碳点的应用探究

环境监测中荧光碳点的应用探究荧光碳点是一种具有发光性质的纳米粒子，其直径一般在1-10纳米之间。

由于其独特的荧光特性和良好的生物相容性，荧光碳点在生物医学、环境监测、光电子学等领域具有广泛的应用前景。

本文将重点探讨荧光碳点在环境监测中的应用。

荧光碳点可以用于水质监测。

传统的水质监测方法通常需要复杂的实验设备和化学试剂，操作繁琐且时间消耗较大。

而荧光碳点可以通过改变其表面的官能团，使其对不同污染物具有选择性吸附和识别能力。

将荧光碳点引入水中，可以实现对水中有害物质如重金属离子、有机污染物等的快速检测。

荧光碳点还可以通过与特定的分子结合形成荧光探针，用于监测水中的溶解氧、pH值等参数。

荧光碳点还可以用于大气污染监测。

大气污染对人类健康和环境造成了严重的威胁，因此对大气中的污染物进行实时监测非常重要。

传统的大气污染监测方法通常需要复杂的仪器和采样过程，且存在一定的局限性。

而荧光碳点具有高灵敏度、高选择性和实时性等特点，可以通过与大气污染物反应生成荧光信号，实现对大气中污染物的监测和定量分析。

荧光碳点可以被修饰为具有亲合性的官能团，与大气颗粒物表面的有机污染物结合并发生荧光信号变化，从而实现对大气颗粒物中有机污染物的监测。

荧光碳点还可以用于土壤和废水污染监测。

由于土壤和废水中常常存在着各种有害物质，对其进行监测和治理对于环境保护和人类健康至关重要。

荧光碳点可以通过改变其表面性质，使其对不同污染物表现出不同的荧光性质。

将荧光碳点引入土壤和废水中，可以通过荧光信号的变化来实现对污染物的监测和定量分析。

荧光碳点还具有较小的尺寸和较大的比表面积，可以增加与污染物的接触面积，从而提高监测的灵敏度和响应速度。

荧光碳点具有在环境监测中广泛应用的潜力。

通过调控其表面性质和官能团，可以实现对不同污染物的选择性吸附和识别。

我们有理由相信，荧光碳点将成为未来环境监测领域的重要工具，为环境保护和人类健康提供有力支持。

一种溶剂热法制备荧光碳点的方法与流程

一种溶剂热法制备荧光碳点的方法与流程随着纳米材料在生物成像、荧光探针、药物输送等领域的广泛应用，荧光碳点作为一种新型的纳米材料备受关注。

而溶剂热法制备荧光碳点是一种简单高效的方法，本文将介绍该方法的步骤和流程。

1. 实验原理溶剂热法是指将碳源和溶剂充分混合后，进行加热反应，生成荧光碳点。

在这个过程中，溶剂不仅起到了溶解碳源的作用，还能够调节反应的温度和时间，最终控制碳点的形貌和光学性质。

2. 实验步骤(1) 准备实验材料：碳源、溶剂、辅助剂等。

(2) 混合溶剂：将碳源和溶剂按一定比例混合均匀，确保碳源完全溶解。

(3) 反应加热：将混合溶剂加热至一定温度，保持一定时间进行反应。

(4) 沉淀分离：待反应结束后，通过离心或过滤的方式将产生的荧光碳点从溶剂中分离出来。

(5) 洗涤干燥：用适当的溶剂对荧光碳点进行洗涤，去除杂质和残留的溶剂，最后将其干燥得到荧光碳点。

3. 实验条件控制(1) 碳源的选择：碳源的种类和性质对荧光碳点的结构和性能有较大影响，常用的碳源包括葡萄糖、柠檬酸、聚苯乙烯等。

(2) 溶剂的选择：溶剂的选择应考虑其与碳源的相容性、反应活性和对最终产物的影响，常用的溶剂有乙二醇、乙醇、水等。

(3) 反应温度和时间：反应温度和时间是影响荧光碳点形貌和光学性质的重要因素，需根据实际情况进行合理选择。

4. 实验结果分析通过透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对制备的荧光碳点进行表征，分析其形貌、结构、荧光性质等。

5. 实验应用展望溶剂热法制备的荧光碳点具有简单、高效的特点，适用于大规模生产，且可通过调节反应条件控制产物的性质，因此在生物成像、荧光探针、传感器等领域有着广阔的应用前景。

溶剂热法制备荧光碳点是一种简单高效的方法，通过合理选择碳源、溶剂和反应条件，可得到具有良好性能的荧光碳点，有望在纳米材料领域发挥重要作用。

溶剂热法制备荧光碳点的方法与流程在过去的几年里，由于其独特的结构和优异的性能，荧光碳点作为一种新型的纳米材料备受科学界和工业界的关注。

荧光碳点的制备与性质研究

1451 荧光碳点概述1.1 荧光材料概述荧光材料的主要发光机理就是在材料受到光照或者是外电场的刺激之后电子跃迁从基态到激发态，最终电子在从激发态跃迁到基态的一个过程，在这个过程中会将多余的能量通过光的形式进行释放，想要荧光材料在实际应用中有好的发光效果首先需要保证荧光颗粒有良好的分散性并且颗粒度要保持均匀。

目前在市面上所研究的荧光粉粒通常是微米级的，尺寸统一。

但是想要荧光材料在医学、生物等领域得到更好的应用，那么需要的颗粒尺寸要求则更小。

荧光材料按照材质分类可以分为无机和有机荧光材料，如果按照物质的状态分析可以分为气体、液体以及固体，如果按照激发方式来分类的话主要可以分成电致发光、光致发光、X射线发光以及阴极射线发光材料等几种，通过荧光材料不同的性质可以进行不同的分类。

1.2 碳点简介近30年以来碳纳米材料一直是科学研究的热门方向，在碳材料中富勒烯、石墨烯等材料的发现者均获得了诺贝尔奖，除了以上两者之外坦纳米管也受到了广泛的应用以及研究。

在2004年来自美国卡罗莱纳大学的Scrivens研究组的研究人员从通过琼脂糖电泳对电弧制备放电制备的单壁碳纳米管的纯化的过程中发现了具有荧光性能的碳纳米材料。

在2006年，美国克莱蒙森大学的科学家Sun等通过将石墨粉进行热压处理之后和粘合剂的混合物作用下制备碳靶，然后将其进行激光烧蚀之后得到了没有荧光性能的碳纳米粒子，之后将所得到的粒子通过硝酸的回流氧化处理之后，用PEG1500N进行表面钝化处理，得到了具有荧光性质的碳纳米粒子，由此第一个提出了碳点的概念，这是突破性的研究，由于碳家族其他成员较高的应用价值使得碳点一经问世便受到了广泛的研究与关注。

2 实验部分2.1 试剂与仪器本实验中所使用的草酸购于天津市润金特化学品有限公司，尿素和二甲基亚砜购于上海阿拉丁化学试剂有限公司。

实验室所用水均为超纯水，所使用的试剂全部为分析纯试剂。

所使用的微波炉仪器为家用格兰仕微波炉，生产厂家为广东格兰仕微波炉电气公司，型号为G70F20CN3L-C2。

荧光碳点的制备及应用

荧光碳点的制备及应用1、荧光碳点的制备荧光碳材料是一种典型的无机荧光纳米材料，为目前热点研究的功能纳米材料之一。

荧光碳点指的是一种尺寸小于10 nm的零维纳米材料，其中碳元素采用sp2杂化，并可进行N、P、O、S等元素的掺杂。

通过调节荧光碳点的尺寸大小、元素组成和表面结构，可制备出不同发光特性的荧光碳点。

荧光碳点的制备分为“自上而下”法和“自下而上”法。

“自上而下”法是指用电解、激光刻蚀等方法，将块状石墨粉碎成纳米尺寸的荧光碳点，“自下而上”法是指以有机物为前驱体，在高温条件下合成荧光碳点。

相较于“自上而下”的合成方法，“自下而上”法具有简单、快捷、产率高的优势，应用于本科生实验，可重复性强、成功率高，故本实验采用“自下而上”法，即以有机物柠檬酸、柠檬酸铵、尿素和多乙烯多胺作为前驱体，分别制备蓝色荧光碳点(BC-dot)和氮掺杂的绿色荧光碳点(GC-dot)2、发射原理荧光碳材料是一种典型的无机荧光纳米材料，为目前热点研究的功能纳米材料之一。

荧光碳点指的是一种尺寸小于10 nm的零维纳米材料，其中碳元素采用sp2杂化，并可进行N、P、O、S等元素的掺杂。

通过调节荧光碳点的尺寸大小、元素组成和表面结构，可制备出不同发光特性的荧光碳点。

荧光碳点的制备分为“自上而下”法和“自下而上”法。

相较于“自上而下”的合成方法，“自下而上”法具有简单、快捷、产率高的优势，应用于本科生实验，可重复性强、成功率高，故本实验采用“自下而上”法，即以有机物柠檬酸、柠檬酸铵、尿素和多乙烯多胺作为前驱体，分别制备蓝色荧光碳点(BC-dot)和氮掺杂的绿色荧光碳点(GC-dot)3、量子产率荧光量子产率是表示物质发射荧光的能力的一个基本参数，指的是荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与吸收的激发光的光子数的比值，可采用绝对法和相对法测定，用Yf表示：Yf=发射的光量子数吸收的光量子数Yf=发射的光量子数吸收的光量子数(1)本实验采用相对法测定荧光碳点的荧光量子产率，即以罗丹明6G(R6G)的乙醇溶液作为本实验的参比物质。

环境监测中荧光碳点的应用探究

环境监测中荧光碳点的应用探究近年来，随着环境污染问题的日益严重，人们对环境监测的需求也越来越迫切。

传统的环境监测方法通常需要耗费大量的时间和人力，而且往往只能监测到有限的污染物。

科学家们一直在寻找一种更有效的环境监测方法，以便能够更准确、更快速地监测各种污染物。

一、荧光碳点的制备和性质荧光碳点是一种尺寸在1-10纳米之间的碳基纳米材料，其来源可以包括天然和人工合成两种。

天然来源的荧光碳点通常来自于天然物质，比如柠檬、橘子等水果；人工合成的荧光碳点则可以通过碳化学反应或者热解法制备而成。

荧光碳点在环境监测中的应用主要基于其优良的荧光性能。

这些碳点通常表现出宽波长的荧光发射，而且其发光强度和波长可以通过改变其制备条件进行调控。

这种可调控的荧光性能使得荧光碳点可以用于监测不同种类的污染物，比如重金属离子、有机物等。

荧光碳点还具有较高的化学稳定性和生物相容性，这意味着它们可以在复杂的环境中进行长时间的监测而不会出现显著的漂移或者降解。

这些特性使得荧光碳点成为了一种具有广泛应用前景的环境监测材料。

二、荧光碳点在环境监测中的应用1. 水质监测2. 大气环境监测荧光碳点还可以作为大气环境监测中的重要工具。

随着工业化和城市化的加剧，大气污染问题已成为了当前社会关注的热点问题。

传统的大气监测方法往往需要使用昂贵的仪器设备，并且监测结果往往需要经过较长时间的处理才能得出。

而使用荧光碳点作为探针，则可以大大简化监测流程，并且可以实现对大气中各类污染物的实时监测。

这对于大气环境监测而言是一个重大的突破，有望为大气污染治理提供更为准确的数据支持。

3. 土壤污染监测由于其较好的生物相容性，荧光碳点还可以被应用于土壤污染监测领域。

传统的土壤监测方法往往需要取样和实验室测试，并且测试结果往往需要较长时间才能得出。

而利用荧光碳点，可以实现对土壤中污染物的实时监测，并且可以通过控制其制备条件来获得对特定污染物的高选择性和灵敏度。

这为土壤污染监测提供了一种全新的可能性，将有助于及时发现并治理土壤污染问题。

环境监测中荧光碳点的应用探究

环境监测中荧光碳点的应用探究
荧光碳点在环境监测领域的应用主要包括以下几个方面:
1. 水质监测: 水是人类生活的重要资源，也是环境中最容易被污染的部分之一。

荧光碳点可以通过修饰表面功能基团来实现对水中重金属离子、有机物和化学氧化剂等的检测。

将荧光碳点修饰为亲水基团可以实现对水中溶解氧浓度的检测，而修饰为亲金属基团则可以实现对重金属离子的监测。

这些检测方法具有高灵敏度和准确性，可以帮助提前发现水中的污染问题。

2. 空气质量监测: 空气中的有害气体和微粒物质对人体健康有着重要的影响。

荧光碳点可以通过吸附或直接与空气中的污染物反应来检测其浓度。

荧光碳点可以通过与大气中的氨气反应产生荧光信号，从而实现对氨气浓度的快速检测。

荧光碳点还可以与空气中的挥发性有机物发生化学反应，并通过荧光强度的变化来监测其浓度。

3. 土壤污染监测: 土壤是重要的环境基础设施，但由于工业污染和农药的使用等原因，土壤污染问题日益严重。

荧光碳点可以与有机污染物和重金属离子形成复合物，并通过荧光强度的变化来监测其浓度。

这种方法具有高灵敏度和选择性，可以帮助科学家快速准确地评估土壤质量。

4. 生物监测: 生物监测是指通过监测生物体中的某些指标来了解环境质量和污染程度。

荧光碳点可以作为荧光标记物用于细胞和组织的标记，通过观察荧光信号的强度和分布来研究生物体对环境污染物的响应。

荧光碳点还可以通过固定生物传感分子来实现对生物体内某些物质的监测，例如荧光碳点与蛋白质结合形成复合物可以实现对蛋白质浓度的监测。

荧光碳点在食用色素检测中的应用研究

荧光碳点在食用色素检测中的应用研究荧光碳点是一种具有荧光性质的纳米材料，由于其优异的荧光性能和生物相容性，近年来在食品领域中的应用得到了广泛关注。

食用色素是一类常用于食品加工中的化学物质，用于增加食品的色彩和吸引消费者的视觉效果。

在食品加工过程中，为了保证食品的质量和安全，需要进行食用色素的检测。

荧光碳点作为一种新型的荧光探针，具有高灵敏度、高选择性和简便易用的特点，在食用色素检测中展现出了广阔的应用前景。

荧光碳点可以用于食用色素的定性检测。

利用荧光碳点的荧光特性，可以实现对不同食用色素的区分和鉴别。

研究人员通过调控荧光碳点的表面性质和结构，使其在与不同食用色素作用时产生独特的荧光信号。

通过分析荧光信号的强度、波长和形状等特征，可以准确判断样品中是否存在特定的食用色素，并且能够将其与其他可能存在的干扰物质区分开来。

荧光碳点还可以用于食用色素的定量检测。

通过建立荧光碳点与目标食用色素之间的荧光强度或荧光信号的定量关系，可以实现对目标食用色素的定量分析。

这种基于荧光碳点的定量检测方法具有灵敏度高、准确性好、操作简便等优点，可以用于食品质量监控和食品安全检测等领域。

荧光碳点还可以用于食用色素的快速检测。

传统的食用色素检测方法通常需要复杂的样品处理步骤和较长的分析时间，而基于荧光碳点的检测方法可以实现对食用色素的快速检测。

研究人员通过将荧光碳点与目标食用色素直接混合或修饰在固定基质上，可以在短时间内获得明显的荧光信号变化，从而实现对食用色素的快速检测和分析。

荧光碳点还可以用于食品中食用色素的追溯和溯源。

食品中的食用色素通常来源于天然原料或化学合成，不同来源的食用色素具有不同的荧光特性。

通过对不同来源食用色素的荧光信号进行比较和分析，可以判断食品中的食用色素是否合法和安全。

这种基于荧光碳点的食用色素追溯方法可以有效防止食品中使用违法添加剂和劣质食用色素，保障食品的质量和安全。

荧光碳点在食用色素检测中具有重要的应用价值。

荧光碳点的制备及应用_颜范勇

http： / / w w w ． progchem． ac． cn
Progress in Chemistry ， 2014 ， 26 （ 1 ）： 61 ～ 74
Ｒeview 4 4. 1 4. 2 4. 3 4. 4 4. 5 5 Application of carbon dots Detection probes Bioimaging Lightemitting element Photocatalysis Drug carriersis Conclusions and perspectives
［3 ， 4 ］，了人们极大的研究兴趣其研究的重点集中在简便的制备方法及如何有效利用碳点寻找更快捷、［2 ］
图1
（ a）拉曼光谱（ λ ex = 633 nm ）；（ b ）石墨和碳点的 C
1s 的 X 射线光电子能谱（ XPS）谱图；（ c ～ e ）不同粒径的
［11 ～ 13 ］典型碳点的高分辨透射电镜（ HＲTEM）图像
［6 ～ 8 ］
蚀等方法制备的碳点，其吸收峰在 260 ～ 320 nm 之经修饰后波长会相应增加。间，碳点的发光特性主要表现在光致发光和电化学发光，其中荧光性能是碳点最突出的性能。目前关于碳点发光的理论包括：（ 1 ）表面态，即碳点表面存在能量势阱，经过表面修饰后，其荧光量子产率提高可归因于碳点表面状态的变化；（ 2 ）尺寸效应，即碳点的荧光性能决定于粒径大小。作为一种有潜力在诸多领域发挥重要作用的纳米物质，碳点的优良荧光性质主要有：激发光宽且连

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。

环境监测中荧光碳点的应用探究

环境监测中荧光碳点的应用探究
荧光碳点是一种新型纳米材料，具有较高的荧光强度、生化兼容性、低毒性和易于制备等优点，在环境监测领域有着广泛的应用前景。

本文主要探究荧光碳点在环境监测中的应用，包括水质监测、空气污染监测和土壤检测等方面。

1. 水质监测
水是人类生存的重要资源，水污染问题已经成为全球性难题。

荧光碳点在水质监测方面具有广泛的应用前景。

首先，荧光碳点可通过改变其表面的化学性质和大小调整其吸收光谱和荧光光谱，使其对特定的污染物有选择性的识别和检测。

其次，荧光碳点通过与特定的污染物分子发生作用，使其荧光强度发生改变，从而进行定量检测。

最后，荧光碳点还可通过表面修饰等手段，实现对多种污染物同时检测。

2. 空气污染监测
空气污染是人类生存面临的另一个重要问题，对人体健康和环境的影响巨大。

荧光碳点在空气污染监测方面也有广泛的应用。

荧光碳点可通过与气体污染物的相互作用，实现对其的快速和准确检测。

同时，荧光碳点还可通过与负载的金属氧化物等载体协同作用，提高检测的灵敏度和选择性。

3. 土壤检测
综上所述，荧光碳点在环境监测中具有广泛的应用前景，可以通过不同的方法实现对水质、空气和土壤污染物的快速、准确和选择性检测，为环境保护和人类健康的维护做出贡献。

利用一锅法制备全光谱荧光碳点的方法

利用一锅法制备全光谱荧光碳点的
方法
一锅法制备全光谱荧光碳点，是一种简易、快速、高产率的碳点合成方法。

它主要通过将不同形态的碳材料和添加剂以及溶剂加入混合在一起，然后进行溶解、气化、凝固、冷却等步骤，最终实现了碳点的合成。

具体步骤如下：
1. 首先，将所需的碳材料（如金属卟啉、金刚石、碳纳米管、碳烯烃等）、添加剂和溶剂如乙醇、甲醇等加入混合容器中，搅拌均匀；
2. 将混合物加热至适当的温度，使混合物溶解；
3. 以恒定的流速将溶解的混合物通过管道喷射到真空中，使混合物气化；
4. 然后，将气化的混合物快速冷却，使混合物凝固形成碳点；
5. 最后，将碳点收集并放入恒温腔中，进行光谱分析，以确定所生成的碳点的光谱特性。

一种以榨油残渣为原料制备荧光碳点的方法及其制成的荧光碳点

一种以榨油残渣为原料制备荧光碳点的方法及其制成的荧光碳点一、背景荧光碳点是一种具有广泛应用前景的新型无机发光材料。

其与传统的无机发光材料不同，具有可调节发光波长、较高的生物相容性等优点。

但当前制备荧光碳点的方法大多耗费昂贵、原料成本高，难以实现大规模生产。

因此，提出一种低成本、易操作、可大规模生产的荧光碳点制备方法具有重要意义。

二、方法介绍1. 原料准备以富含油脂的废弃物榨油残渣为原料，进行炭化、硫化等多个步骤处理。

2. 炭化反应将初步处理过的废弃物榨油残渣放入炉中，在高温情况下进行炭化反应。

反应后得到的材料粉末可用作下一步的原料。

3. 碳点制备将炭化材料粉末与H2SO4、HNO3等化学试剂进行混合反应。

反应完成后，用NaOH进行中和处理。

过滤去除杂质，再使用氮气吹干，即可得到荧光碳点。

4. 荧光性能测试使用荧光分析仪对制备出来的荧光碳点进行测试。

实验结果表明，利用废弃物榨油残渣制备的荧光碳点在紫外激发下具有较好的荧光性能，且具有很好的生物相容性，有望应用于生物成像、光电探测等领域。

三、创新点1. 采用废弃物作为原料，利用资源再生性较强；2. 采用简单的化学反应方法，操作简便、易实现；3. 通过优化制备工艺，大幅度降低制备荧光碳点的成本；4. 制备的荧光碳点性能优良，具有广泛的应用前景。

四、结论利用废弃物榨油残渣制备荧光碳点是一项具有优越性和前瞻性的技术创新。

此项技术不仅可以促进环境保护和资源回收再利用，还可以满足荧光碳点在生物成像、光电探测等领域的应用需求。

随着技术不断推进，相信制备出更加高效、稳定、精准的荧光碳点将会成为可能。

固态荧光碳点

固态荧光碳点
固态荧光碳点是一种固态发光的材料，具有优异的荧光性能，在光电领域、生物领域以及传感领域有广泛的应用12。

由于多数碳点在聚集态由于粒子间相互作用会产生能量转移、表面电子跃迁和碳核间π–π相互作用等非辐射跃迁方式，使得本身在溶液相中具有荧光特性的碳点在聚集态时发生荧光猝灭，这种现象被称为聚集诱导荧光猝灭效应(ACQ)。

因此，制备具有抗ACQ效应的固态发光碳点是碳点研究领域的一个重要方向。

固态发光碳点对人体无危害。

固态发光碳点在克服了ACQ效应后拓宽了其在固态发光领域的应用范围，包括照明、光通讯及信息加密等。

而相较于通过基质掺杂获得的固态发光碳点体系，具有自身抗猝灭特性的固态发光碳点性质更加稳定，不仅使得碳点在溶液中的连续可调发光可以在固态应用中实现，而且亮度更高且发光更加均匀，排除了掺杂比例因素的影响，可重复性更强，在固态照明、可见光通讯、信息加密等方向都具有很好的应用前景。

0-多色荧光碳点的制备

多色荧光碳点的制备与表征图源网络学生样品1 实验目的2 实验原理3仪器操作4 实验流程及注意事项实验原理1 碳量子点材料碳量子点通常呈直径10nm以下的球状微粒，由无定形结构或纳米晶体结构的sp2/sp3碳团簇组成。

研究发现，通过引入不同表面缺陷、杂原子掺杂和官能团，可以定向改变碳量子点的结构和理化性能。

广义上荧光碳量子点可分为3种：石墨烯量子点（graphene quantum dot）、纳米金刚石（nanodiamond）和荧光碳颗粒（carbon dot）。

实验原理1 荧光碳点材料荧光碳点材料包括石墨烯、碳纳米管以及富勒烯在内的多种碳纳米材料。

碳点是一类球型或近似球型，尺寸小于10 nm 的零维碳纳米材料，通常由sp 2杂化的碳结构核心和丰富的表面基团构成。

荧光碳点的发光原理碳点的几何尺寸、元素掺杂和表面状态共同决定了其发光特性。

碳点发光是由于碳点表面存在能量陷阱，表面的修饰后即可发光。

2荧光碳点的制备方法自上而下法：通过激光刻蚀、电解、酸剥离等方法将块状石墨材料粉碎解离成纳米尺寸的碳点。

激光刻蚀法化学氧化法水热分解法图源文献：车望远，等：荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展2荧光碳点的制备方法自下而上法：利用柠檬酸、乙二胺等有机小分子为前驱体，使用微波加热、溶剂热等方法，通过小分子的聚合—碳化过程制备纳米尺寸的碳点。

图源文献：车望远，等：荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展荧光及荧光光谱3 荧光碳点的表征S 2振动驰豫内转换系间跨越荧光是物质吸收电磁辐射后受到激发，受激发原子或分子在去激发过程中再发射波长与激发辐射波长相同或不同的辐射。

当激发光源停止辐照试样以后，再发射过程立刻停止，这种再发射的光称为荧光。

荧光光谱有瞬态荧光光谱和稳态荧光光谱两类。

通常荧光光谱指稳态荧光光谱。

S 0S 1T 1FPA ：吸收光谱F 荧光光谱P 磷光光谱荧光的激发光谱、发射谱激发谱：固定测量波长（选最大发射波长），化合物发射的荧光强度与激发光波长的关系曲线。

环境监测中荧光碳点应用分析

环境监测中荧光碳点应用分析摘要：荧光碳点经钝化修饰后具有反应活性及靶向选择性，有效克服了传统有机荧光染料合成过程复杂、生物相容性差、在水溶液中容易自聚、荧光发射不稳定、易闪烁、荧光寿命短、难以进行多色同时标记等缺点。

本文主要对环境监测中荧光碳点进行分析。

关键词：环境监测；荧光碳点；环境污染前言荧光碳点其钝化修饰的表面含有电子，在传递过程中可产生化学发光（简称CL）。

虽然也有一些具有较高化学荧光强度的试剂如发光胺、光泽精、过氧草酸盐、高锰酸钾应用到化学荧光分析法，但这些试剂大多具有毒性较高，价格较贵，选择性差及线性范围窄的缺陷，很大程度上限制了化学荧光分析法的应用。

而碳点优良的电子传递性能及光学性质无疑将成为化学荧光分析法中重要的新材料。

以柠檬酸为原料，用 PEG1500N钝化剂制备得到荧光碳点。

该碳点可与 H２O２和ＮaHSO3溶液共同组成 CL 系统，在该碳点的作用下H２O２- 的化学荧光强度增大了 60倍。

研究表明碳点与 H２O２及发生反应后生成的 CD··－和 CD·＋发生电子转移湮没，转变成激发态的 CD，并由激发态的 CD释放出来强烈荧光。

H２O２--CDｓ系统为检测环境中的H２O２提供了新的方法。

该系统制备简单、毒性低，有望取代传统的化学荧光系统。

一、在环境监测中的荧光碳点应用（一）金属离子的检测重金属在环境中的行为特性及归宿，是环境化学研究的前沿领域。

重金属进入环境对生物个体、种群产生影响，进而对生态系统产生不良的生态效应。

而大多经钝化修饰的碳点表面富含含氧基团，具有化学和生物多样性。

大量的羰基、酚羟基等基团使荧光碳点可以通过螯合、离子交换和吸附作用结合生态环境中主要的金属离子生成各种形式的配合物。

不同表面修饰的碳点对金属离子具有特异性选择。

生成配合物的同时会引起碳点表面结构的变化而影响其荧光性能的强弱，达到检测金属离子的目的。

近年来，越来越多的研究者将碳点用于Hg2+、Cr （VI）、Cu2+、Mn（Ⅱ）、Fe3+等金属离子的定性定量检测，较传统的检测方法具有更高的特异性和灵敏度。

乙酸镍荧光碳点

乙酸镍荧光碳点简介乙酸镍荧光碳点是一种具有荧光性质的纳米材料，由乙酸镍和碳点组成。

它具有较高的荧光量子产率、优异的稳定性和生物相容性，因此在生物成像、生物传感和光电器件等领域具有广泛的应用前景。

乙酸镍的性质乙酸镍，化学式为Ni(CH3COO)2，是一种无色结晶物质。

它具有良好的溶解性，可溶于水和有机溶剂。

乙酸镍在化学反应中常用作催化剂，具有优异的催化活性和选择性。

荧光碳点的性质荧光碳点是一种纳米级碳材料，具有较小的颗粒大小和较高的比表面积。

荧光碳点具有优异的荧光性质，能够在受到激发光的作用下发出明亮的荧光信号。

荧光碳点具有良好的光稳定性、生物相容性和低毒性，因此在生物医学领域具有广泛的应用潜力。

乙酸镍荧光碳点的制备方法乙酸镍荧光碳点的制备方法主要包括溶剂热法、微波辅助法和水热法等。

其中，溶剂热法是一种常用的制备方法，具有简单、高效和可控性好的特点。

溶剂热法制备乙酸镍荧光碳点的步骤如下： 1. 将乙酸镍和碳源（如葡萄糖或柠檬酸）溶解在有机溶剂中，形成混合溶液。

2. 将混合溶液加热至一定温度，使乙酸镍和碳源发生反应。

3. 经过一定时间的反应，乙酸镍和碳源会形成乙酸镍荧光碳点。

4. 通过离心和洗涤等步骤，将制备得到的乙酸镍荧光碳点纯化和收集。

乙酸镍荧光碳点的应用乙酸镍荧光碳点在生物成像、生物传感和光电器件等领域具有广泛的应用前景。

生物成像乙酸镍荧光碳点具有较高的荧光量子产率和稳定性，可以作为生物成像探针。

将乙酸镍荧光碳点标记在细胞或组织中，可以通过荧光显微镜观察其在生物体内的分布和转运情况。

乙酸镍荧光碳点在生物成像中具有较高的亮度和较长的荧光寿命，能够提供清晰的影像信息。

生物传感乙酸镍荧光碳点具有良好的生物相容性和低毒性，可以作为生物传感器。

将乙酸镍荧光碳点修饰在传感器表面，可以实现对生物分子的高灵敏度和高选择性检测。

乙酸镍荧光碳点在生物传感中具有较高的信号强度和较低的背景噪声，能够提高传感器的检测灵敏度和准确性。

荧光碳量子点

荧光碳量子点
荧光碳量子点，又称碳点，是一种具有荧光特性的纳米材料，其直径一般在1-10纳米之间。

荧光碳量子点具有许多优异的性质，如优异的荧光性能、高度的稳定性、低毒性等，因此在生物医学、能源、环境等领域具有广泛的应用前景。

荧光碳量子点在生物医学领域有重要的应用。

由于其优异的荧光性能和低毒性，荧光碳量子点可用作生物标记物，在细胞成像、分子探测等方面发挥重要作用。

通过与生物分子的结合，可以实现对生物体内分子的高效检测和定位。

此外，荧光碳量子点还可用于药物传递和治疗，通过改变其表面性质，可以实现对药物的封装和释放，从而提高药物的治疗效果。

荧光碳量子点在能源领域也具有广阔的应用前景。

由于其优异的光电性能和光催化性能，荧光碳量子点可用于太阳能电池、光催化剂等能源转换和利用领域。

通过调控其能带结构和表面能级，可以实现对光电转换和光催化反应的调控，从而提高能源转换效率。

荧光碳量子点在环境领域也具有重要的应用。

由于其优异的稳定性和可控性，荧光碳量子点可用于环境监测、污染物检测等方面。

通过改变其表面性质和结构，可以实现对污染物的高效吸附和检测，从而提高环境污染治理的效率。

荧光碳量子点作为一种具有优异性能的纳米材料，在生物医学、能
源、环境等领域具有广泛的应用前景。

通过调控其结构和表面性质，可以实现对其性能的调控和优化，从而提高其在各个领域的应用效果。

随着科学技术的不断发展，相信荧光碳量子点将在更多领域展现其独特的应用价值，为人类社会的发展做出更大的贡献。

碳点的荧光机理

碳点的荧光机理引言：碳点是一种具有特殊性质的纳米材料，其独特的荧光特性引起了人们的广泛关注。

本文将从碳点的荧光机理入手，探讨碳点在荧光材料领域的应用前景。

一、碳点的荧光机理碳点是一种由碳原子构成的纳米粒子，其尺寸一般在1-10纳米之间。

碳点的荧光特性源自于其特殊的能带结构和表面官能团。

碳点的能带结构中存在着能级间的跃迁，当碳点受到外界激发能量后，电子从低能级跃迁到高能级，再从高能级跃迁回到低能级时会释放出光子，产生荧光现象。

二、碳点的荧光发射机制碳点的荧光发射机制主要有两种：光致激发和电荷转移。

光致激发是指碳点在受到光照射后产生电子激发跃迁，从而发出荧光；而电荷转移是指碳点与周围环境中的化学物质发生电子转移，导致能级的改变，从而产生荧光发射。

三、碳点的荧光颜色调控机制碳点的荧光颜色可以通过不同的方法进行调控，主要有以下几种机制：1.尺寸效应：碳点的尺寸与其能带结构和能级间跃迁的能量有关，尺寸越小，能级间跃迁的能量越高，发出的荧光波长也就越短，颜色就越蓝。

2.表面官能团：碳点的表面官能团可以通过调整官能团的种类和含量来调控荧光颜色，不同官能团对能带结构的影响不同，从而导致荧光颜色的变化。

3.掺杂：将其他元素或化合物引入碳点的晶格中，可以改变碳点的能带结构和能级间跃迁的能量，从而调控荧光颜色。

四、碳点在荧光材料领域的应用前景碳点具有许多优异的性质，如良好的光稳定性、高荧光效率、可调控的荧光颜色等，因此在荧光材料领域具有广阔的应用前景。

1.生物成像：由于碳点具有良好的生物相容性和低毒性，可以用于生物标记和生物成像，如细胞成像、癌症诊断等。

2.光电器件：碳点可以用作光电器件的发光层，如有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OPV）等，提高器件的发光效率。

3.荧光探针：碳点可以用作荧光探针，用于检测环境中的化学物质，如重金属离子、有机污染物等。

4.荧光传感器：碳点可以通过与特定物质的相互作用来改变其荧光特性，从而实现对这些物质的检测和传感。

荧光碳点

荧光碳点的合成、性能及其应用

环境监测中荧光碳点的应用探究

一种溶剂热法制备荧光碳点的方法与流程

荧光碳点的制备与性质研究

荧光碳点的制备及应用

环境监测中荧光碳点的应用探究

环境监测中荧光碳点的应用探究

荧光碳点在食用色素检测中的应用研究

荧光碳点的制备及应用_颜范勇

荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展

环境监测中荧光碳点的应用探究

利用一锅法制备全光谱荧光碳点的方法

一种以榨油残渣为原料制备荧光碳点的方法及其制成的荧光碳点

固态荧光碳点

0-多色荧光碳点的制备

环境监测中荧光碳点应用分析

乙酸镍 荧光碳点

荧光碳量子点

碳点的荧光机理

乙酸镍荧光碳点