cds碳量子点
碳量子点简介
CQDs/Ag3PO4的SEM及HRTEM
荧光光致发光光谱
J. Mater. Chem., 2012, 22, 10501
1.CQDs可以作为电子供体和受体，光催化降解过程 中电子很容易的传递到Ag3PO4表面，同时多余的电 子可以传递到 CQDs，避免光腐蚀，提高了催化剂的 稳定性 2.CQDs可以吸收可见光利用上转换作用转换为短波 长(300 to 530 nm)光，进而激发Ag3PO4产生光生电 荷发生光催化作用。如此CQDs/Ag3PO4 可以利用 太阳光全谱提高催化效率。 3. CQDs可以捕获Ag3PO4产生的电子，促进光生电子空穴的分离，同时CQDs表面的电子可以与O2复合生 成· O2-发生催化作用。
碳量子点具有独特的光电效应，可以将光能转化成电能或 化学能，且量子点制备方法简单，成本低廉，使得量子点 在光电化学领域得到广泛的应用。但是由于其自身复合率 高，光电活性不稳定，光生 e--h+的寿命并不长，光电转化
Angew.Chem. Int. Ed. 2015, 54,6540 –6544 J. Phys. Chem. C2015, 119, 2956−2962 Nanoscale Research Letters (2016) 11:60 Applied Catalysis B: Environmental 189 (2016) 26–38
上转 换作 用
ZnO/CQDs的TEM及HRTEM
可见及近红外光下激发CQDs的上转换光谱
Journal of Environmental Chemical Engineering 4 (2016) 1148–1155
图中可以看到当可见及近红外光 激发CQDs时可以得到紫外及可见 光，例如当低于600nm的可见光激 发时可以得到紫外光使ZnO催化效 率提高。
2023-2024学年辽宁省大连市金州高级中学高三上学期期中考试化学试题
2023-2024学年辽宁省大连市金州高级中学高三上学期期中考试化学试题1.碳量子点(CDs)是一种尺寸小于10纳米，含有N、O等杂原子的新型碳基纳米材料，在紫外光照射下，产生荧光。
居家利用香蕉皮等果蔬厨余物制备碳量子点的流程如图：下列叙述不正确的是A．碳量子点是碳的一种新型单质B．产生荧光与电子跃迁有关C．果蔬厨余物含C、H、O等元素D．所得滤液可产生丁达尔效应2. 20K时，以N2(凝固状态)为基体用红外光谱研究H2O与F2之间的反应，首次得到HOF存在的证据。
下列相关叙述不正确的是A．红外光谱图可见O－F键振动吸收峰B．HOF与H 2 O的空间结构均为V形C．HOF与HClO中O均显(-2)价D．H 2 O与F 2可发生反应：H 2 O+F 2 =HF+HOF3.已知Al(OH)3可溶解于强碱溶液中，反应为：Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-，从结构角度分析，下列物质溶解原因与该反应相同的是A．Cu(OH) 2溶解于稀硫酸中B．AgCl溶解于氨水中C．CaCO 3溶解于盐酸中D．CuS溶解于浓硝酸中4.下列物质的性质与用途具有对应关系的是A．Cl 2能溶于水，可用于工业制盐酸B．NO 2易溶于水，可用于工业制硝酸C．HClO溶液显酸性，可用作漂白剂D．晶体Si熔点高，可用作计算机芯片5.在实验室，下列图示装置不能达到实验目的的是A．装置甲钠的燃烧B．装置乙制备少量NH 3C．装置丙收集NO气体D．装置丁制取少量SO 26.下列推理正确的是7. Na2O2常用于潜水艇和消防员的呼吸面具中，可发生如下反应：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2。
设N A为阿伏加德罗常数的值。
下列叙述正确的是A．11.2LCO 2含σ键数目为N AB．0.1molNa 2 O 2晶体中含离子数目为0.4N AC．每生成3.2gO 2转移电子数目为0.2N AD．0.1mol•L -1 Na 2 CO 3溶液中含CO 数目为0.1N A8.某化学项目学习小组在实验室中采用如图装置模拟侯氏制碱法制备少量NaHCO3晶体。
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。
铜掺杂碳量子点的制备及荧光检测的应用
铜掺杂碳量子点的制备及荧光检测的应用摘要：以柠檬酸为碳源，甲酰胺和CuCl2为掺杂剂，利用了简易快捷的水热法制备铜掺杂碳量子点（Cu-CDs）。
实验结果表明，Cu-CDs可作为一种具有高灵敏度的化学传感器，且它在较宽的温度和pH值范围内都表现出良好的稳定性。
所制备的Cu-CDs具有优异的过氧化物酶活性。
在H2O2溶液存在的情况下，波长不同，其荧光强度也不同，说明Cu-CDs对H2O2具有比率荧光响应。
基于内滤效应，可以建立起H2O2高灵敏度比率荧光检测，检测限为5.0 nM。
关键词：碳量子点；水热法；比率荧光法；H2O2检测1.引言碳量子点（CQDs）因其具有优良的荧光稳定性且无毒性、原材料来源广泛、制备方法多样等优势，在化学领域起的作用愈发重要[1]。
它作为一种新型“零维”碳纳米材料，可应用于生物成像、药物载体、环境治理、金属离子检测与传感等领域[2-4]。
用于制备碳量子点的碳源丰富多样、易取低廉且易于修饰，所以碳量子点的应用更加广泛和方便。
但为了更好地控制碳量子点的横向尺寸及表面化学，明确发光机制，扩大了碳量子点的实际应用，前辈们开始探索将杂原子掺杂到碳量子点当中，以便其提高性能和扩宽应用领域[5]。
制备碳量子点方法可分为两大类：一为自上而下法，二为自下而上法。
自上而下法是指通过物理或者化学的途径将大尺寸的碳材料裂解成小尺寸的CQDs；自下而上法则是指通过利用有机小分子或碳水化合物作为碳源，通过一系列的化学反应来获取我们所需要的CQDs[6]。
H2O2是一种常见的生物化学分子，不仅在日常生活和工业生产中有很多用途，而且在调节癌变和衰老的各种生物过程中发挥着重要的作用。
但由于H2O2沸点过高，因此对于使用过H2O2的食物煮熟后，仍然还会存留H2O2，则细胞内H2O2紊乱或积聚轻则会引起反胃、拉肚等不适反应，重则引发帕金森病、阿尔茨海默病、心肌梗死和癌症等疾病[7]。
因此，开发具有足够灵敏度的新型探针来监测H2O2对临床诊断和生物医学研究越来越重要。
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。
碳量子点的制备及其在食品检测中的应用
碳量子点的制备及其在食品检测中的应用摘要：碳量子点（CDs）因合成方法不同、碳源材料不同其光学性能各不相同。
其共有的性质就是 CDs发射波长的位置和强度会随着激发波长的改变而改变，究其原因多数文献认为是因粒径大小不均匀所致，但是对于其具体的作用机理目前研究还没有很明确的结论。
结合文献总结出CDs的这些性质可能与其制备原料的结构、合成条件以及分离过程有关。
在大量学者的研究基础之上，本论文尝试以不同有机化合物为原料，通过掺杂N、S等杂元素以改善其发光性能，开发其在分析检测中的实际应用。
关键词：碳量子点；有机化合物；食品检测1.引言纵观这些年荧光纳米材料的研究趋势，无疑最受欢迎的荧光纳米材料是CDs。
首先碳元素在地壳中的分布非常广泛，而且在生物体内的含量也是非常的高，并且碳能够在很多反应中形成很多有用的化合物。
另外CDs对生物体一般都是呈现出低毒性甚至是无毒性等优势性状，这也使得CDs在生物应用方面具有非常大的潜力，随着科研的不断进步也正在慢慢实现，如CDs作为一种生物荧光标记材料，对生物的相关性状进行实时研究。
最后CDs由于表面都含有大量丰富的含氧基团，具有很好的水溶性。
综合这些原因不难发现CDs受到越来越多学者的追捧也是有它的道理的。
本文分别从CDs的制备以及应用等几个方面做简单的阐述。
（一）碳量子点制备取0.2315g邻苯二酚、间苯二酚以及对苯二酚分别溶解在30mL的去离子水中，充分溶解后在通风橱里面快速滴加300μL的乙二胺溶液，最后将溶液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中200℃下反应7小时。
反应完成后将反应液自然冷却至室温，用吸管取出反应后的溶液用0.22μm过滤膜过滤较大的颗粒，然后再用3500DA的透析膜在去离子水中透析24小时以除去未反应的原料以及其它杂质颗粒。
透析后的CDs溶液最后用离心机在12000rpm转速下离心15分钟，最后得到的CDs溶液放在冷冻干燥箱中冷冻干燥72小时，得到的CDs保存在4℃冰箱中备用。
研究方向 碳量子点 催化和生物医学
碳量子点是一种新型纳米材料，在催化和生物医学领域具有广泛的应用前景。
本文将从碳量子点的结构特征、催化应用和生物医学应用三个方面进行阐述。
一、碳量子点的结构特征碳量子点是一种直径在1纳米以下的碳基纳米材料，具有优异的光电性能和生物相容性。
其结构特征包括：1. 大小均一：碳量子点的直径一般在1纳米左右，具有较高的大小均一性；2. 量子尺寸效应：由于其尺寸小于激子束缚半径，因此呈现出量子尺寸效应，表现出特殊的光电性能；3. 表面官能团：碳量子点表面富含羟基、羰基等官能团，使其具有良好的分散性和生物相容性。
二、碳量子点在催化应用中的研究进展碳量子点在催化领域具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 电催化剂：碳量子点通过调控其能带结构和表面官能团，可用作氧还原、析氢和二氧化碳还原等电催化反应的催化剂；2. 光催化剂：利用碳量子点的光电性能，可构建光催化体系，实现光解水、光催化CO2还原等反应；3. 催化剂载体：碳量子点表面富含官能团，具有良好的活性位点，可用作金属纳米粒子的载体，提高其在催化反应中的稳定性和活性。
三、碳量子点在生物医学应用中的研究进展碳量子点在生物医学领域具有诸多应用，包括：1. 生物成像：碳量子点由于其较好的荧光性能和生物相容性，可用于细胞成像、组织成像等生物成像领域；2. 肿瘤治疗：碳量子点可通过光热和光动力等方式对肿瘤进行治疗，具有较好的治疗效果和生物安全性；3. 药物传输：利用碳量子点的荧光特性和载药功能，可实现药物的靶向输送和释放，提高药物的疗效和减轻副作用。
碳量子点作为新型纳米材料，在催化和生物医学领域具有广泛的应用前景。
随着对其结构特征和性能的深入研究，相信碳量子点将在未来得到更广泛的应用和发展。
（扩写部分）四、碳量子点在催化应用中的新进展除了上文提及的催化应用，碳量子点在催化领域还有一些新的应用和研究进展：1. 电催化剂：近年来，研究人员不断探索碳量子点在氧气电还原反应（ORR）中的应用。
基于绿色碳源碳量子点的制备及荧光性质研究
基于绿色碳源碳量子点的制备及荧光性质研究发布时间：2021-11-11T07:35:09.246Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：王建荣1 杨学辉2 [导读] 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。
所以寻求一些生物与环境友好型的量子点是研究量子点一个新阶段。
碳量子点无毒、化学性质稳定、生物相容性好，并可进行多色标记，并且发光强度高，光学稳定性好，在生物医药领域具有重要的应用价值。
目前，在碳量子点的制备已经取得了一定的进展，但是如何用简便、经济的方法制备出性能更优异的碳点还需进一步的研究。
1甘肃省妇幼保健院甘肃兰州 730050；2 兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州 730050摘要：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。
所以寻求一些生物与环境友好型的量子点是研究量子点一个新阶段。
碳量子点无毒、化学性质稳定、生物相容性好，并可进行多色标记，并且发光强度高，光学稳定性好，在生物医药领域具有重要的应用价值。
目前，在碳量子点的制备已经取得了一定的进展，但是如何用简便、经济的方法制备出性能更优异的碳点还需进一步的研究。
本课题通过水热合成法以绿色碳源为原料制备纳米颗粒。
并通过荧光发射光谱、紫外可见吸收光谱、荧光成像、XPS、透射电子显微镜(TEM)成像等系列表征研究了碳量子点的荧光性能。
关键词：碳量子点；制备；然荧光；表征1．前言20世纪量子理论的提出促进了发光科学的发展，荧光科学和技术是研究者们不断探寻的热门领域。
荧光技术已将信息传输推向高速度、高灵敏度，超大容量的范畴，成为信息化不可替代的元素。
碳量子点(Carbon Dots，CDs)，是以碳为骨架结构的一种新型的荧光纳米粒子[1]。
荧光碳点近似球形，粒径小（一般小于10nm），不仅具有传统半导体量子点所具有光学性能，并且具有优良的生物相容性。
CdS量子点的制备及表征
CTAB的量对于粒径大小的影响
编号 1 2 3 • 己烷的量为12mL, 戊醇的量为3mL,水 的量为0.3mL的条 件下，CTAB的量 对粒径的影响。
CTAB 0.45 的量 /g
粒径 r/nm 3.01
0.50
0.55
3.07
2.88
随着CTAB的加入量增多， 硫化镉量子点的粒径先变大后变小。
•Thx
CTAB与水的量的比值 对硫化镉粒径的影响
编号 1 2 3 4
CTAB与 1.72 水的比值 /(g/mL)
粒径r/nm 2.88
1.77
1.82
2.27
2.19
2.79
4.58
随着CTAB与水的比值的增大， 量子点硫化镉的粒径先变小后变大
反应液温度，搅拌速度都会对量子点硫化镉 的粒径有一定的影响，但实验均处于常温， 可看做温度几乎不变，且均采用相同的磁 子在相同的条件下搅拌，可看做搅拌速度 基本一样。
算出粒径。
做出ΔΕ与r的关系图
CTAB的量为0.45g,己烷为12mL， 戊醇为3mL的条件下，水量的影响
编号 1 2 3
水的量/mL
0.20
0.26
0.30
粒径r/nm
5.24
2.19
3.01
随着水量的增加， 硫化镉的粒径先变小后变大
水的量与有机溶剂的量的比值，对实验有 较大的影响，首先加入一定量的CTAB,己烷， 戊醇搅拌，然后加入溶液，发现溶液先由 浑浊变澄清再变浑浊。所以在实验的过程 中，应把握好水与有机溶剂的比值。
• 发现试剂加入的顺序也对硫化镉量子点的 制备有影响，实验时将Na2S溶液缓慢加入 CdCl2溶液中，能得到波形较好的产物。先 称取一定质量的CTAB于烧杯中，先加己烷， 再加戊醇，加入CdCl2溶液后可以得到无色 透明的溶液。先加戊醇，再加己烷，加入 Na2S溶液后可以得到无色透明的溶液。否 则溶液会始终有一点浑浊。
cds碳量子点
cds碳量子点摘要：一、碳量子点的概念与特性1.碳量子点的定义2.碳量子点的特性二、碳量子点的研究与应用1.碳量子点的研究历程2.碳量子点的应用领域三、碳量子点的发展前景与挑战1.发展前景2.挑战与展望正文：碳量子点（Carbon Quantum Dots，简称CQDs）是一种由碳原子组成的纳米材料，具有粒径在1-10 nm之间的量子限制效应。
近年来，碳量子点因其独特的物理和化学性质，在材料科学、生物医学、能源等领域受到了广泛关注。
一、碳量子点的概念与特性1.碳量子点的定义：碳量子点是一种由碳原子组成的量子限制系统，具有半导体特性。
与传统的半导体量子点相比，碳量子点具有更高的光学和电子稳定性，以及对生物分子和生物组织的高亲和力。
2.碳量子点的特性：碳量子点具有半导体性质、良好的生物相容性、高光学稳定性、低毒性、可调谐的光学性质等特性。
这些特性使得碳量子点在多种应用中具有巨大的潜力。
二、碳量子点的研究与应用1.碳量子点的研究历程：自2004年碳量子点首次被报道以来，碳量子点的研究逐渐成为材料科学和纳米技术领域的研究热点。
研究者通过各种方法制备了不同形貌和性质的碳量子点，并对其性能进行了详细研究。
2.碳量子点的应用领域：碳量子点在多个领域具有广泛的应用前景，如生物医学领域的生物成像、光热治疗、药物传递等；能源领域的太阳能电池、光电转换、锂离子电池等；环境领域的污染物检测、水质监测等。
三、碳量子点的发展前景与挑战1.发展前景：随着研究的深入，碳量子点在各个领域的应用逐渐得到实现。
未来，碳量子点有望成为一种具有重要经济价值和广泛应用前景的新型纳米材料。
2.挑战与展望：虽然碳量子点具有很多优点，但目前其研究和应用仍面临一些挑战，如碳量子点的合成方法还需进一步优化，性能的可控调节和稳定性还需提高，应用领域的拓展还需深入研究等。
碳量子点研究资料讲解
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；AbstractA qua ntum dot is a carb on carb on as the main eleme nt of the new carb on nano fluoresce nt material hav ing a plurality of qua ntum dots carb on excelle nt properties including: light stability, and high bleaching fluorescence excitation light wide and continu ous light emissi on can be tuned to a small particle size low molecular weight, low toxicity and good biocompatibility and excelle nt electr on acceptor and donor still more excelle nt characteristics tha n the conven tio nal metal qua ntum dots characteristics. Carbon not only overcome the qua ntum dot certa in disadva ntages of the conven ti onal orga nic dye, and a small molecular weight and particle size, high fluoresce nce stability, no light flashes con ti nu ously broad excitati on spectrum, the emissi on wavele ngth can be tun ed, 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 carb on qua ntum dots, qua ntum dot syn thesis method for carb on arc, laser ablati on, electrochemical method, template method for a simple introduction, as well as the synthesis of carb on qua ntum method of classificati on, discusses carb on qua ntum dots are expected to replace traditi onal semic on ductor qua ntum dots, in the field of biological imag ing, lumin esce nce probes for exte nsive an alysis applicati ons. Detect ion of heavy metal ions, the detect ion of small molecules, the pH of the solutio n has an in creas in gly importa nt role, is a no vel nano materials. To this end, the basic research carried out fluoresce nt carb on qua ntum dots has importa nt theoretical sig nifica nce and applicati on value and become a research hotspot in rece nt years. The study was reviewed several aspects of its n ature, syn thesis and their applicati ons.Keywords: carb on qua ntum dots; materials; syn thesis; applicati on目录第1章绪论.................................................................. -0 -1.1碳量子点 ........................................................... -0 -1.2碳量子点的优良性质 ................................................. -0 -1.2.1荧光稳定性高且耐光漂白 ....................................... -1 -1.2.2激发光宽而连续 ............................................... -1 -1.2.3发射光可协调 ................................................. -1 -1.2.4 粒径非常小且分子量低......................................... -1 -1.2.5生物相容性良好且毒性很低 ..................................... -1 -1.2.6良好的电子受体和供体 ......................................... -2 -1.2.7碳量子点的光学特性 ........................................... -2 -1.3本论文的主要研究内容及意义 ......................................... -2 -第2章碳量子点的制备.......................................................... -3 -2.1合成材料的选择 ........................................................ -3 -2.1.1石墨作为碳源 .................................................... -3 -2.1.2活性炭作为碳源 ............................................... -3 -2.1.3蜡烛燃烧灰作为碳源 ........................................... -3 -2.1.4油烟等作为碳源 ............................................... -3 -2.1.5碳水化合物作为碳源 ........................................... -3 -2.1.6其他含碳化合物 ............................................... -4 -2.2 碳量子点的制备方法................................................. -4 -2.2.1激光消融法 ...................................................... -4 -2.2.2热解燃烧法 ................................................... -5 -2.2.3电化学方法 ...................................................... -5 -2.2.4电弧放电法 ...................................................... -6 -2.2.5微波法 .......................................................... -6 -2.2.6超声法 .......................................................... -6 -2.2.7强酸氧化法 ................................................... -6 -2.2.8水热法 .......................................................... -7 -229模板法 ........................................................... -7 -第3章碳量子点的应用.......................................................... -8 -3.1碳量子点在生物标记与细胞成像中的应用............................... -8 -3.2碳量子点在生物分析检测中的应用..................................... -8 -3.3碳量子点作为荧光探针的应用......................................... -8 -3.3.1检测金属离子 ................................................. -9 -3.3.2检测溶液pH值................................................... -9 -3.3.3检测小分子 ................................................... -9 -3.3.4检测具有生物活性的大分子 ..................................... -9 -3.3.5在活体成像中的运用 ........................................... -9 -3.4碳量子点的其他方面的应用........................................... -10 -第4章总结................................................................ -.11 -参考文献.................................................................... -12 -致谢........................................................ 错误!未定义书签。
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。
2023年诺贝尔化学奖高考考点——碳量子点详细解读!
2023年诺贝尔化学奖高考考点——碳量子点详细解读! 2023年诺贝尔化学奖高考考点——碳量子点详细解读在近年来的化学领域中，碳量子点作为一种新型材料备受关注。
它们不仅在能源储存、生物成像、光电器件等方面具有重要的应用前景，还在纳米科技领域展现出了惊人的潜力。
作为2023年诺贝尔化学奖的高考考点，碳量子点的研究和应用价值备受期待。
一、什么是碳量子点？碳量子点是一种由碳元素组成的纳米材料，其直径一般在1至10纳米之间。
它们具有优异的光电性能和化学稳定性，可广泛应用于生物医药、光电器件、传感器等领域。
与传统的半导体量子点相比，碳量子点具有天然非毒性、可生物降解等优点，在生物医药领域具有巨大的潜力。
二、碳量子点的制备方法目前，制备碳量子点的方法多种多样，包括物理法、化学法等。
其中，碳量子点的化学合成方法是应用最为广泛的一种。
化学合成法可以通过简单的原料和实验条件，制备出具有良好光电性能的碳量子点，具有成本低廉、易于控制粒径大小等特点。
三、碳量子点在生物医药领域的应用碳量子点在生物医药领域的应用备受瞩目。
由于其良好的生物相容性和荧光性能，碳量子点被广泛用于细胞成像、药物传输、癌症治疗等方面。
特别是在肿瘤诊断中，碳量子点凭借其高比表面积和优异的荧光特性，成为了一种有效的肿瘤标记剂。
四、碳量子点在光电器件中的应用除了生物医药领域，碳量子点还在光电器件中展现出巨大的应用潜力。
利用碳量子点制备的柔性太阳能电池具有高光电转换效率和良好的稳定性，显示出了较好的应用前景。
另外，碳量子点还可以作为发光二极管、光电探测器等光电器件的发光材料，为光电子器件的开发提供了新的可能性。
五、个人观点和总结在我看来，碳量子点作为一种新型的纳米材料，拥有着广泛的应用前景和巨大的发展空间。
随着科学技术的不断进步，相信碳量子点在生物医药、光电器件等领域的应用会更加广泛，为人类社会的发展做出更大的贡献。
碳量子点作为2023年诺贝尔化学奖的高考考点，将会成为化学领域中的一个重要话题。
荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展
荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展董小绮;菅晓婷;柴双双;杨江华;肖雪棋;郑力孟;吕俊杰【摘要】巯基化合物是生物体内一类重要的抗氧剂,包括半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽等生物硫醇类化合物,在体内参与一系列典型的生化反应,有助于维持正常的生理功能,当含量异常会导致多种疾病.因此,定量检测巯基化合物在相关疾病研究和诊断方面具有重要的意义.目前,利用高选择性、高灵敏度的荧光探针检测巯基化合物已成为前沿课题之一.碳量子点(CDs)因具有优良的荧光稳定性、极好的生物相容性、耐光漂白以及易制备等优良的性能,作为一类荧光探针检测巯基化合物得到了广泛的应用.类似于其他纳米探针,当荧光CDs用于检测巯基化合物时,基于信号检测的竞争机制,引入猝灭剂和巯基化合物竞争性结合荧光碳量子点,由于巯基化合物的高亲和力和强亲核性,使荧光恢复.本文综述了碳量子点的制备和特性,以及在检测巯基化合物方面的研究进展.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2018(029)005【总页数】6页(P529-534)【关键词】碳量子点;巯基化合物;荧光探针;光学特性【作者】董小绮;菅晓婷;柴双双;杨江华;肖雪棋;郑力孟;吕俊杰【作者单位】山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原 030000;山西医科大学基础医学院,山西太原030000【正文语种】中文【中图分类】R96;O657.31 巯基化合物1.1 生理功能巯基化合物广泛分布于细胞、体液、组织等生理结构中，是机体内重要的组成部分，与许多生理功能密不可分，起着至关重要的作用. 含巯基的化合物如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)、谷胱甘肽(GSH)等小分子巯基化合物，生命体系的维持与其含量是否正常有直接或间接的联系，当其含量超出正常的范围时，正常生命体系则会受到影响，可能预示着某些生理机能已经发生病变，也可能直接对生命体产生损伤. 半胱氨酸是一种条件必需氨基酸，是蛋氨酸脱甲基过程中生成的代谢产物. Hcy 以氧化和游离形式存在于人体血浆中，几乎99%以氧化形式存在. 半胱氨酸的功能包括参与甲硫氨酸代谢、调节体内甲基化、翻译后修饰作用、与金属离子结合、以及解毒作用等. 它的浓度升高程度与疾病的危险性成正比，半胱氨酸含量升高促进脂蛋白的氧化和老化，削弱免疫系统，导致脑损伤等问题，进而可能会引发脑血管疾病、高血压、骨质疏松和肾脏疾病[1]. 谷胱甘肽由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成，在体内以还原型和氧化型两种形态存在，其中还原性谷胱甘肽大量存在并起主要作用，在几乎所有生理生化过程中都可以看到. 谷胱甘肽的活性基团是巯基，该基团可以发挥消除人体自由基的作用，从而起着抗氧化、抗衰老、解毒和保肝等作用. 体内谷胱甘肽含半胱氨酸量改变，以及还原型和氧化型比例的改变可引发多种疾病. 如乳腺、卵巢、头颈部和肺部组织癌变时，血浆中GSH含量明显低于正常细胞，而癌变细胞中GSH含量高于正常细胞. 此外，谷胱甘肽水平异常还与阿尔茨海默氏症和心血管等多种疾病有关[2]. 它还可以保护蛋白质中Cys的巯基免受氧化，因此对于检测生物系统中的巯基化合物的含量来诊断潜在疾病至关重要.1.2 检测基于巯基化合物的重要生理功能，监测细胞内Cys、Hcy和GSH的动态变化对疾病的早期诊断和疾病进展的评估是非常必要的. 目前已经开发出的检测方法包括色谱法、电化学方法、比色法以及荧光法等[3]. 色谱法虽然选择性好，但是洗脱时使用大量的有机溶剂，造成溶剂浪费，成本高，浪费大；电化学方法的重现性和稳定性较差，需要通过多种分离技术将巯基化合物分离出来再检测，操作繁琐；比色法只能用于半定量检测.与以上三种方法相比，荧光法对比度高，荧光分析快，响应快，灵敏度高，操作简单，选择性好，可用于细胞活体成像和单个细胞的实时可视化示踪. 迄今为止，许多荧光法测定生物巯基化合物的纳米探针已被开发[4]. 目前，碳量子点作为一种新型纳米材料，荧光性能好，不含重金属且生物相容性好，对碳量子点进行表面修饰后其荧光量子产率明显提高. 碳量子点的优良光学性质使其在生物影像、生物标记和传感器等方面的应用成为研究热点. 本文从碳量子点的制备和性质出发，分析其检测巯基化合物的研究进展.2 碳量子点的特性2.1 荧光特性碳量子点是由石墨、无定形碳结构和有机分子碳化修饰的官能团组成. 这些碳量子点显示出独特的荧光特性，这些性质在很大程度上取决于它们的形态、结构、大小和晶体特性. 一般可通过紫外/可见光谱(UV/Vis)来分析碳量子点的光学性质. 在紫外—可见吸收光谱中，碳量子点在约240和350 nm处表现出两个特征吸收峰. 紫外光照射后，在碳量子点内电荷发生分离，然后快速电荷重组，从而显示出光致发光(PL)特性. 许多研究者认为，碳量子点的PL性能是由量子限制效应、表面缺陷、功能团和表面上的钝化程度等引发[5-7].JIANG等报道了一种制备碳量子点的新方法，使碳量子点暴露于单一的紫外光下，碳量子点可以发出蓝光、绿光和红光[8]. 徐等从掺杂硫的石墨烯纳米纤维中制备了碳量子点，该碳量子点发光强度高，具有激发依赖性，用于Fe3+离子的检测[9].碳量子点的表面钝化增强了光致发光性能，但是光致发光性能受碳源化学结构中羧基数量的影响. 例如分别以2-羟基异丁酸、苹果酸和柠檬酸为碳源，由于柠檬酸合成的碳量子点含有较多的羧基，因此其具有较高的量子产率. 光致发光也会随碳源量的增加而增强，但是表面钝化剂的用量达到一定的极限，便观察到负效应[10]. 2.2 结构特性碳量子点是一种三维团簇近似球形的半导体晶体材料，一般由sp2杂化纳米晶碳或无定形碳组成. 碳量子点的晶格间距与石墨或无定形碳的晶格间距一致[11]. 碳量子点由碳、氢、氧、氮4种基本元素组成，但是不同的碳量子点中各元素所占的比例存在较大差异. 富含杂原子的前驱体(如头发和蛋白质)制备的碳量子点也含有氮和硫元素. 由于杂原子中的孤对电子与碳原子中的孔道之间的共轭，氮和硫掺杂的碳量子点具有特殊的光电性质. 大多数碳量子点含复杂的表面基团，特别是与氧相关的官能团[12]. 但是碳量子点的粒径很小，一般在2～10 nm之间，易于通过内吞作用到达细胞内，在细胞内作荧光标记，更好地应用于生物成像等领域.2.3 毒性和生物相容性碳元素是人体中存在的主要元素之一，而碳量子点的核心是碳元素，因此碳量子点是具有低细胞毒性的纳米颗粒. 较高浓度的碳量子点可刺激免疫应答，从而增加抗原决定簇因子和干扰素的水平；但这些刺激不会在免疫器官中产生任何形态变化[13]. 将小鼠暴露于聚乙二醇修饰的碳量子点下照射28天，肝指标水平没有显着变化. 而且，即使在高于生物成像需要的碳量子点浓度下也没有观察到肝的形态变化[14]. 急性、亚急性和遗传毒性研究结果表明，不同浓度的碳量子点对实验动物的健康无不良影响，生物标记物无明显变化[15]. PEI是一种通常用于非病毒基因递送研究的聚合物. 它们在基因治疗中高效，但与细胞毒性有关. 通过控制形成碳量子点所需的热解时间，可以改变碳量子点-PEI部分的毒性分布[16].3 碳量子点的制备目前，碳量子点的制备方法总体上包括自上而下法和自下而上法两类. 自上而下法，是指将大分子的材料经过一系列化学或物理变化转变成小分子的碳量子点的方法，如电弧放电法、激光刻蚀法、电化学法等；而自下而上法，是将小分子的材料经过聚合、炭化等过程制备碳量子点的方法，如化学氧化法、水热法、微波法等，不同方法合成的碳量子点的发光效率、光谱特性等各有不同，可应用于不同的领域发挥各自优越的性能.3.1 自上而下法3.1.1 弧光放电法XU等对燃烧灰进行弧光放电制备单壁碳纳米管，为了提高产物的亲水性，用硝酸将产物氧化，引入羧基，分离提纯的时候得到类似碳量子点的副产物，其粒径较一般的碳量子点大，有荧光效应. 由于弧光放电法产量低，提纯困难，在实验中很少用到[17].3.1.2 激光刻蚀法激光刻蚀法是通过激光束对合成碳量子点的原材料照射，使得碳量子点脱落，从而获得碳量子点的措施. SUN等用石墨粉与水泥的混合物进行烘焙、固化、热处理后，在温度为900 ℃、压力为75 kPa、Ar气流的条件下，用激光对得到的产物进行烧蚀. 消融后，将其置于硝酸水溶液中加热回流，再用聚乙二醇钝化，将所得溶液冷却并离心以获得粒径小于5 nm的碳量子点. 通过聚乙二醇的修饰，碳量子点的发光量子效应提高[18]. 在激光销蚀法中，制备的碳量子点因不能达到纳米级，很容易在分离纯化过程中沉降并弃去，制备出的碳量子点粒径不均匀，纯度较低，荧光量子产率较低，仅为4%～10%.3.1.3 电化学法电化学合成法即通过碳材料的电解制备碳量子点的一种手段，且制出的碳量子点一般是水溶性的. 该方法制得的碳量子点的均一性好，碳源的利用较充分，易于大量制备，而且这种方法一般不需要通过表面修饰的方法来提高荧光碳量子点的产率. ZHOU等采用三个电极从多壁碳纳米管制备碳量子点，工作电极从多壁碳纳米管中得到, 反电极和参比电极分别为金属铂和Ag/AgClO4，电解质溶液为含四丁基高氯酸铵的乙腈溶液，在条件为0.2～2.0 V的电势和500 mV/s扫描速率下的反应过程中，电解质溶液从黄色变为深褐色. 颜色加深说明产物的量在增多. 通过进一步蒸发除去来自碳量子点表面残留的乙腈溶液. 这种方法得到粒径在2.8 nm左右的球状碳量子点，这种碳量子点表面均匀，荧光量子产率为6.4%[19]. HOU等利用适当比例的柠檬酸钠和尿素加入到超纯水中制成透明溶液，铂片作为电级，在5 V电压下反应得到黄棕色溶液，并经过透析制得碳量子点. 这种碳量子点分散性好，并且由于表面含有羟基，羧基等官能团，因此在水中具有良好的稳定性[20].3.1.4 化学氧化法化学氧化法是一种通过强氧化剂(如高锰酸钾、硝酸等)氧化碳源，从而制得碳量子点的方法. YAN等将淀粉在高温高压条件下碳化，将所得产物分散在含有HAc和H2O2混合氧化剂的蒸馏水中，然后超声波条件下反应一段时间，浓缩透析. 制得了一种淡黄色、能发出明亮的蓝色荧光，粒径小且均匀分散的碳量子点. 另外，它们具有优异的性能，例如耐光漂白，高光学稳定性和生物相容性[21]. 尽管这种方法制备的碳量子点表面性质和荧光发射的性能可以容易地修改，但是该方法存在一定的缺陷，如氧化试剂的残余物可能保留在碳量子点中，可能增加了毒性，违背了使用碳量子点的初衷.3.2 自下而上法3.2.1 微波法相比较而言，微波法需要的反应条件简单，时间短，合成的产物粒度分布均匀，目前已经被广泛用于制备碳量子点. 微波法所选用的碳源一般分为：糖类、醇类和羧酸类. 例如WANG等把碳源和磷酸盐溶液混合体系在微波中加热，制得了粒径大约在2.1 nm的碳量子点，其荧光波长在430～525 nm的范围内，荧光从蓝色到绿色过渡 [22]. ZHU等将糖类和PEG-200溶于水形成透明均一的溶液，微波加热2～10 min，通过调节微波辐照的时间，形成不同碳化程度的碳量子点溶液. 制得的CQDs溶液已作为新型的荧光墨水，应用到生物成像、生物产品鉴定、信息加密、传感器等领域[23].3.2.2 水热处理法水热法是一种以水为溶剂，有机物为前驱体，在密闭的反应釜中达到高温高压的环境来制备碳量子点的一种方法. 与传统高温固相法相比较，水热法制备的产物粒径均匀，可控性强，分散性好. 并且可以通过一步反应同时对碳量子点进行修饰和氧化，而且通过修饰或氧化的碳量子点一般具有更加统一的粒径分布，分散性更均匀. 如果碳量子点表面带有一些特殊的功能基团，还可以使其具有一定的化学特性和电荷性. 水热法密闭的反应釜中制备碳量子点，不仅利于大量生产，还可以避免有害气体的挥发，防止其对环境的污染. 不仅如此，由于水热形成的密闭高压环境改变了反应物的性能，提高了反应活性，所以水热合成的温度相对低很多，已成为现阶段合成碳量子点常用的方法. ZHANG等将EDTA和硝酸铕溶于去离子水中，在聚四氟乙烯反应釜的高温环境下反应，制备出了单分散铕离子(Eu3+)掺杂的碳量子点，该碳量子点呈球形多孔状，并且保持良好的单分散性和稳定性，多个碳量子点粒子和部分EDTA相互连接反应，组成复合材料. 这种复合材料表现出独特的双荧光特性，因同时掺杂Tb3+和Eu3+，这种复合材料具有可调节色温的白光特性，作为一种潜在的白光材料，有广阔的应用前景[24]. ZHU等用柠檬酸和乙二胺为原材料制备碳量子点，量子产率高达80%[25]. 水热法合成的碳量子点大多是以蓝光为主，产率已高达90%多，可用于大规模制备碳量子点[26].4 碳量子点测定人体巯基化合物的应用碳量子点由于发生荧光共振能量转移、光诱导电子转移等现象，荧光特性发生了变化，可以作为检测不同生物分子和非生物分子的传感器. 巯基化合物的含量与人体多种疾病的发生密切相关，碳量子点可以作为检测其含量的高灵敏性的探针. 研究表明，共掺杂碳量子点在荧光猝灭的情况下，巯基化合物可以使碳量子点荧光恢复. 碳量子点作为荧光探针检测巯基类化合物已经得到了广泛应用.例如ZHENG等以蜡烛烟灰为原料，通过化学氧化法，酸处理烟灰并经过透析纯化后制得了平均粒径为1.5 nm的水溶性碳量子点，分散性良好. 基于铜离子有效猝灭该碳量子点的荧光，且巯基化合物可以有效恢复碳量子点和铜离子体系的荧光现象，构建了一种开关型荧光探针检测巯基化合物，其机理为：一是碳量子点存在大量的羧基，由于碳量子点处于负电荷，铜离子带有正电荷，两者结合可使电荷转移碳量子点猝灭，二是人体内巯基化合物可以和铜离子发生络合反应，使得铜离子离开碳量子点表面，碳量子点恢复其荧光性(原理如图1). 郑再次用谷胱甘肽对猝灭的碳量子点处理，以标准浓度的谷胱甘肽激活碳量子点，和未知浓度的谷胱氨肽对比，定量地测出其浓度[26]. XU等以酪蛋白为原料，采用一步热解法制备出了水溶性、生物相容性良好的荧光硫氮共掺杂的碳量子点(如图2)，用来检测汞离子和巯基化合物的细胞成像. 同时因汞离子对人体有害，所以用这种碳量子点来研究汞离子和巯基氨基酸将对医学预防有极大的帮助. 该实验将碳量子点作为生物传感器，即用此传感器可以测定生物所处环境中汞离子的含量，同时也可测定人体巯基化合物的含量. 添加汞离子后碳量子点的荧光被猝灭. 加入巯基化合物后，巯基化合物与汞离子有强大的螯合作用，形成稳定的Hg-S键，进而从碳量子点表面移除汞离子，碳量子点的荧光恢复. 随着巯基化合物浓度的增加，碳量子点系统的荧光强度逐步增强，甚至恢复到原来的强度，成功开发了一种高选择性检测巯基化合物的荧光传感器 [27].图1 巯基化合物对Cu2+-CDs体系荧光恢复的原理示意图Fig.1 A schematic diagram of the principle of fluorescence recovery of Cu2+-CDs system by biothiols图2 巯基化合物对NSCDs-Hg2+系统荧光恢复的原理示意图Fig.2 A schematic diagram of the principle of fluorescence recovery of NSCDs-Hg2+ system by biothiols在大多数情况下,巯基化合物的检测多采用竞争性机制，金属离子通常被作为猝灭剂引入，与巯基化合物竞争碳量子点. 为了开发一种无金属离子的方法来检测巯基化合物，ZHU等以脯氨酰化的柠檬酸为原料、L-酪氨酸甲酯修饰制备出了不完全碳化的碳量子点. 与未修饰的碳量子点相比，Tyr-CDs显示明显的蓝色荧光，量子产率可达12.9%. 在酪氨酸酶存在的情况下酪氨酸修饰的碳量子点与锟类之间能进行能量转移，表现出更高的猝灭效率. 当靶向生物巯基化合物存在时，酪氨酸酶对生成醌的催化反应起抑制作用，荧光信号以浓度依赖的方式被恢复，为生物巯基化合物的定量分析提供了依据(如图 3)，可以有效地检测人体血浆样品中生物巯基化合物的含量. 该方法避免了重金属作为猝灭剂，提高了生物相容性，灵敏度高，响应速度快，为实际应用中生物巯基化合物的检测提供了新的思路[28].图3 Tyr-CDs、酪氨酸酶和巯基化合物相互作用的原理Fig.3 Schematic diagram of interactions between Tyr-CDs, tyrosinase and sulfhydryl compounds5 展望碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料，在检测巯基化合物领域崭露头角. 目前已经研究出多种方法，但是碳量子点缺乏有效而稳定的修饰，成为提高其靶向识别能力的限制因素，而且碳源的选择多为化学试剂，碳量子点制备工艺和处理工艺较为繁琐. 因此，在未来的工作中应加大荧光碳量子点的研发力度，改进制备工艺并且提高量子产率. 同时还应把研究从实验扩展到临床，更有效地应用于疾病的诊断与治疗. 相信一定会在生物医药领域展示其良好的发展前景.参考文献：【相关文献】[1] 赵彦楠, 杨博逸, 孙贵范. 同型半胱氨酸与主要慢性病关系研究进展[J]. 中国公共卫生, 2015,31(2): 241-245.ZHAO Y N, YANG B Y, SUN G F. Research progress on the relationship between homocysteine and major chronic diseases [J]. Chinese Oublic Health, 2015, 31(2): 241-245.[2] 崔筱琳, 王凤山. 谷胱甘肽防治疾病的研究进展[J]. 中国现代应用药学, 2017, 34(4): 631-636. CUI X L, WANG F S. Research progress on glutathione preventing diseases [J]. China Modern Applied Pharmacy, 2017, 34(4): 631-636.[3] 唐刚, 余晓冬, 徐静娟, 等. 快速检测巯基化合物的新方法[J]. 化学通报, 2016, 79(6): 550-553. TANG G, YU X D, XU J J, et al. A new method for rapid detection of biothiols [J]. Chemical Bulletin, 2016, 79(6): 550-553.[4] 尹伶灵, 陈蓁蓁, 佟丽丽, 等. 硫醇类荧光探针研究进展[J]. 分析化学, 2009, 37(7): 1073-1081. YIN L L, CHEN Z Z, TONG L L, et al. Research progress of biothiols’ fluorescent prob es [J]. Analytical Chemistry, 2009, 37(7): 1073-1081.[5] YIN G, NIU T, GAN Y, et al. A Multi-signal fluorescent probe with multiple binding sites for simultaneous sensing of Cys, Hcy and GSH [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57(18): 4991-4994.[6] WANG J, NIU L, HUANG J, et al. A novel NBD-based fluorescent turn-on probe for the detection of cysteine and homocysteine in living cells [J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular & Biomolecular Spectroscopy, 2017, 192(5): 52-58.[7] CHOI Y, CHOI Y, KWON O H, et al. Carbon dots: bottom-up syntheses, properties, and light-harvesting applications [J]. Chemistry-An Asian Journal, 2018, 13(6): 586-598.[8] JIANG K, SUN S, ZHANG L, et al. Red, green, and blue luminescence by carbon dots: full-color emission tuning and multicolor cellular imaging [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2015, 127(18): 5450-5453.[9] XU J, ZHOU Y, CHENG G, et al. Carbon dots as a luminescence sensor for ultrasensitive detection of phosphate and their bioimaging properties [J]. Luminescence, 2015, 30(4): 411-415.[10] PARVIN N, MANDAL T K. Synthesis of a highly fluorescence nitrogen-doped carbon quantum dots bioimaging probe and its in vivo clearance and printing applications [J]. Rsc Advances, 2016, 6(22): 18134-18140.[11] 车望远, 刘长军, 杨焜, 等. 荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展[J]. 复合材料学报, 2016, 33(3): 431-450.CHE W Y, LIU C J, YANG K, et al. Progress in preparation, properties and application of fluorescent carbon dots [J]. Journal of Composite Materials, 2016, 33(3): 431-450. [12] ZHANG X, JIANG M, NIU N, et al. Review of natural product-derived carbon dots: from natural products to functional materials. Natural-product-derived carbon dots: from natural products to functional materials [J]. Chemsuschem, 2018, 11(1): 11-24.[13] YANG S T, WANG X, WANG H, et al. Carbon dots as nontoxic and high-performance fluorescence imaging agents [J]. Journal of Physical Chemistry C Nanomaterials & Interfaces, 2009, 113(42): 18110-18114.[14] ZHANG J, YU S H. Carbon dots: large-scale synthesis, sensing and bioimaging [J]. Materials Today, 2016, 19(7): 382-393.[15] KAN W, GAO Z, GUO G, et al. Systematic safety evaluation on photoluminescent carbon dots [J]. Nanoscale Research Letters, 2013, 8(1): 1-9.[16] LIU C, ZHANG P, ZHAI X, et al. Nano-carrier for gene delivery and bioimaging based on carbon dots with PEI-passivation enhanced fluorescence [J]. Biomaterials, 2012, 33(13): 3604-3613.[17] XU X Y, RAY R, GU Y L, et al. Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments [J]. Journal of the American Chemical Society, 2004, 126(40): 12736-12737.[18] SUN Y P Z, ZHOU B, LIN Y, et al. Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence [J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(24): 7756-7757.[19] ZHOU J G, CHRISTINA B, LI R Y, et al. An electrochemical avenue to blue luminescent nanocrystals from multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) [J]. Journal of the American Chemical Society, 2007, 129(4): 744-745.[20] 侯雨昕. 碳点及其复合物的电化学合成与应用[D]. 湖南: 湖南师范大学, 2016.HOU Y X. Electrochemical synthesis and application of carbon dots and their complexes[D]. Hunan： Hunan Normal University, 2016.[21] YAN Z, SHU J, YU Y, et al. Preparation of carbon quantum dots based on starch and their spectral properties [J]. Luminescence, 2015, 30(4): 388-392.[22] WANG X. Microwave assisted one-step green synthesis of cell-permeable multicolor photoluminescent carbon dots without surface passivation reagents [J]. Journal of Materials Chemistry, 2011, 21(8): 2445-2450.[23] ZHU H, WANG X, LI Y, et al. Microwave synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with electrochemilumine-scence properties [J]. Chemical Communications, 2009, 1(34): 5118-5120.[24] 张天祥. 荧光碳点及复合物的制备、发光调控与机理研究[D]. 吉林: 吉林大学, 2017. ZHANG T X. Preparation, luminescence control and mechanism of fluorescent carbon dots and complexes [D]. Jilin: Jilin University, 2017.[25] ZHU S, MENG Q, WANG L, et al. Highly photoluminescent carbon dots for multicolor patterning, sensors, and bioimaging [J]. Angewandte Chemie-International Edition, 2013, 52(14): 3953-3957.[26] 郑鹄志, 白文君, 隆异娟, 等. 基于碳点荧光恢复法测定生物巯基化合物[J]. 中国科学 2011,41(6): 1031-1036.ZHENG H Z, BAI W J, LONG Y J, et al. A novel carbon dots based fluorescence turn-on determination [J]. Chinese Science, 2011, 41(6): 1031-1036.[27] XU S, LIU Y, YANG H, et al. Fluorescent nitrogen and sulfur co-doped carbon dots from casein and their applications for sensitive detection of Hg2+ and biothiols and cellular imaging [J]. Analytica Chimica Acta, 2017, 964: 150-160.[28] ZHU H, WANG E, LI J, et al. L-tyrosine methyl ester-stabilized carbon dots as fluorescent probes for the assays of biothiols [J]. Analytica Chimica Acta, 2018, 1006: 83-89.。
绿色来源荧光碳点的合成及应用进展
近年来，随着荧光纳米材料的发展，碳点（carbon dots，CDs）由于其多方面的优越性质得到了广泛的研究[1]。
除了可与传统半导体量子点（quantum dots，QDs）相媲美的强荧光性能[2]之外，CDs还具有低毒、易于表面修饰、光稳定性和生物相容性良好等优势，克服了QDs所固有的重金属泄露、毒性大、环境污染等问题。
因此，CDs作为有毒重金属量子点的优良替代品，已被广泛应用于许多领域，如生物成像[3-5]、药物传递[6-8]、化学传感[9-11]、光催化[12-14]、多色发光二极管（LED）[15-17]等。
合成CDs的原料可分为两大类：化学合成物质和天然物质。
近年来，各种化学合成物质如氨基酸[18]、尿素[19]、硼酸[20]和柠檬酸[21]等已被用于合成CDs。
绿色来源CDs是以绿色来源生物质作为前驱体合成的碳纳米材料。
“绿色”一词指的是天然材料或天然可再生资源的产品。
相比于化学物质前驱体，天然生物质用于CDs合成具有显著的优势，如低成本、强实用性、环境友好、高生物相容性和高可再生性等。
前期相关领域综述更多关注的是化学合成物质前驱体CDs的制备方法和各类应用，而绿色来源CDs合成及应用的相关综述较少，本文将围绕这一主题进行系统总结和解析。
基于碳点来源的不同，“自上而下”（top-down）和“自下而上”（bottom-up）策略被分别用于指导CDs的合成。
电化学氧化[22-23]、电弧放电[24]和激光烧蚀[25-26]等“自上而下”法都涉及将尺寸较大的碳基材料（例如：碳纳米管、石墨、商用活性炭）剥离成纳米级CDs的过程。
但这类方法有很大的局限性，通常需采用苛刻的实验条件（如强酸和电弧放电）、操作步骤繁琐、仪器设备昂贵，这大大限制了其实际应用。
相反，“自下而上”法，如水热法[27-29]、微波辅助法[30-32]、热解法[33-35]、超声波辅助法[36-38]等，可诱导小尺寸的碳前驱体发生氧化、脱水、缩聚、碳化等一系列反应过程，最终获得表面含有各种官能团的CDs。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
cds碳量子点
摘要：
1.碳量子点的简介
2.碳量子点的性质和应用
3.碳量子点的研究现状与前景
正文：
碳量子点（Carbon Quantum Dots，简称CQDs）是一种由碳原子组成的纳米材料，具有粒径大小在1-100nm 之间的特点。
自2004 年首次发现以来，碳量子点因其独特的物理和化学性质，以及在各个领域的广泛应用潜力，受到了科研界和工业界的广泛关注。
1.碳量子点的简介
碳量子点的主要成分是碳，其结构与石墨烯类似，都是由层层堆叠的碳原子构成。
不同于石墨烯的是，碳量子点的每一层碳原子并非紧密排列，而是以六角形晶格结构分散在一个较大的空间内。
这使得碳量子点具有较高的表面活性，能够与其他物质发生化学反应。
2.碳量子点的性质和应用
碳量子点具有以下几种特性：
（1）良好的光稳定性：碳量子点在光照条件下不易分解，具有较长的发光寿命；
（2）高的量子产率：碳量子点的发光效率较高，有利于提高显示器件的性能；
（3）可调谐的发射波长：通过改变碳量子点的尺寸，可以实现发射波长的调节；
（4）生物相容性：碳量子点具有较好的生物相容性，可用于生物成像和生物传感等领域。
碳量子点在以下领域具有广泛的应用前景：
（1）显示技术：碳量子点可以用于制造高性能的显示器件，如OLED、QLED 等；
（2）生物成像：碳量子点可用于生物体内成像，帮助研究生物分子和细胞的活动；
（3）生物传感：碳量子点可通过与生物分子结合实现对特定目标物的检测；
（4）能源：碳量子点可作为催化剂，促进光催化和电催化反应，提高能源转换效率。
3.碳量子点的研究现状与前景
尽管碳量子点在过去的十几年里取得了显著的研究进展，但仍然存在一些挑战，如合成方法的选择性、发光机理的探究、规模化生产等问题。
为了推动碳量子点的研究与应用，科学家们正努力解决这些问题，并不断拓展碳量子点在新领域的应用。
总之，碳量子点作为一种具有独特性质的纳米材料，在诸多领域具有广泛的应用潜力。