合成碳量子点方法总结说课讲解
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Summary of Carbon Dots
2018-4-3
背景介绍
• 量子点是准零维半导体纳米材料，由于电子和空穴被量子限 域，连续的能带结构变成具有分子特性的分离能级结构，受 激后可以发射荧光，基于自身的量子效应，展现出独特的性 质：尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效 应。因此展现出不同于宏观材料的物理化学性质，在太阳能 电池、发光器件、光学生物标记、催化、功能材料等领域有 着广阔的应用前景。
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）
碳源：草莓汁 荧光颜色：蓝色 尺寸：~5.2 nm lex/lem: 360/427 nm QY：6.3% 线性范围：10 nM~50 mM 检测限：3 nM
Q. Wang, X. Liu, L. Zhang, Y. Lv, Microwave-assisted synthesis of carbon nanodots through an eggshell membrane and their fluorescent application. Analyst 137, 5392-5397 (2012).
1.1 Bottom up methods
Bottom up methods involve the conversion of smaller particles into C-dots of desired size range. E.g. • Microwave assisted pyrolysis • Hydrothermal methods • Thermal / combustion • Solvothermal methods ,ect.
ACS Nano 2016, 10, 484−491 IF：13.942
复合薄膜 Angew. Chem. 2015, 127, 5450 –5453 IF：11.994
在K2S2O8溶液中电化学剥离石墨 碳源：石墨 荧光颜色：红色 尺寸：~3 nm
Chem. Commun., 2015, 51, 2544--2546
1.1 Top down methods
This approach involves the conversion of large particles into smaller one (C-dots) in nano-size range via different methods. E.g. • Arc discharge • Plasma discharge • Laser ablation • Chemical or electrochemical oxidation ect.
L. Li et al., Journal 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%
H. Huang et al., RSC Advances 3, 21691 (2013).
碳源：柠檬酸 荧光颜色：蓝色 尺寸：~0.9 nm QY：47% 掺杂硅元素
Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1027–1031
ACS Nano 2016, 10, 484−491 IF：13.942
碳源：对苯二胺 荧光颜色：各种 尺寸：~2.6 nm QY：24% 层析分离
Байду номын сангаас• 传统的量子点一般是从铅、镉及硅的混合物中提取得到，毒 性大、对环境危害大，因此人们在寻求毒性较低的材料。
• J. AM. CHEM. SOC. 2004, 126, 12736-12737
合 成
应 用
方法 碳源 大小形貌 发光颜色 荧光量子产率
Bio-imaging Drug delivery Cancer theranostics Photodynamic therapy Gene therapy Bio-sensing Bacterial imaging and antibacterial activity Catalytic activity other
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 fluorescent application. Analyst 137, 5392-5397 (2012).
Zhong, D., et al., Carbon dots originated from carnation for fluorescent and colorimetric pH sensing. Materials Letters, 2016. 166: p. 89-92.
碳源：猪肉 荧光颜色：蓝色 尺寸：~3.5 nm lex/lem: 365/450 nm QY：17.3% 线性范围：0.1–100 μM & 100–500 μM 检测限：0.05 μM
R. R. Gaddam,. RSC Adv. 4, 57137-57143 (2014).
碳源：樟脑 荧光颜色：蓝色 尺寸：1~4 nm lex/lem: 320/510 nm QY：21.16%
碳源：康乃馨 荧光颜色：蓝色 尺寸：6~9 nm lex/lem: 320/435 nm 线性范围：3.2~11.7
2018-4-3
背景介绍
• 量子点是准零维半导体纳米材料，由于电子和空穴被量子限 域，连续的能带结构变成具有分子特性的分离能级结构，受 激后可以发射荧光，基于自身的量子效应，展现出独特的性 质：尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效 应。因此展现出不同于宏观材料的物理化学性质，在太阳能 电池、发光器件、光学生物标记、催化、功能材料等领域有 着广阔的应用前景。
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）
碳源：草莓汁 荧光颜色：蓝色 尺寸：~5.2 nm lex/lem: 360/427 nm QY：6.3% 线性范围：10 nM~50 mM 检测限：3 nM
Q. Wang, X. Liu, L. Zhang, Y. Lv, Microwave-assisted synthesis of carbon nanodots through an eggshell membrane and their fluorescent application. Analyst 137, 5392-5397 (2012).
1.1 Bottom up methods
Bottom up methods involve the conversion of smaller particles into C-dots of desired size range. E.g. • Microwave assisted pyrolysis • Hydrothermal methods • Thermal / combustion • Solvothermal methods ,ect.
ACS Nano 2016, 10, 484−491 IF：13.942
复合薄膜 Angew. Chem. 2015, 127, 5450 –5453 IF：11.994
在K2S2O8溶液中电化学剥离石墨 碳源：石墨 荧光颜色：红色 尺寸：~3 nm
Chem. Commun., 2015, 51, 2544--2546
1.1 Top down methods
This approach involves the conversion of large particles into smaller one (C-dots) in nano-size range via different methods. E.g. • Arc discharge • Plasma discharge • Laser ablation • Chemical or electrochemical oxidation ect.
L. Li et al., Journal 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%
H. Huang et al., RSC Advances 3, 21691 (2013).
碳源：柠檬酸 荧光颜色：蓝色 尺寸：~0.9 nm QY：47% 掺杂硅元素
Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1027–1031
ACS Nano 2016, 10, 484−491 IF：13.942
碳源：对苯二胺 荧光颜色：各种 尺寸：~2.6 nm QY：24% 层析分离
Байду номын сангаас• 传统的量子点一般是从铅、镉及硅的混合物中提取得到，毒 性大、对环境危害大，因此人们在寻求毒性较低的材料。
• J. AM. CHEM. SOC. 2004, 126, 12736-12737
合 成
应 用
方法 碳源 大小形貌 发光颜色 荧光量子产率
Bio-imaging Drug delivery Cancer theranostics Photodynamic therapy Gene therapy Bio-sensing Bacterial imaging and antibacterial activity Catalytic activity other
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 fluorescent application. Analyst 137, 5392-5397 (2012).
Zhong, D., et al., Carbon dots originated from carnation for fluorescent and colorimetric pH sensing. Materials Letters, 2016. 166: p. 89-92.
碳源：猪肉 荧光颜色：蓝色 尺寸：~3.5 nm lex/lem: 365/450 nm QY：17.3% 线性范围：0.1–100 μM & 100–500 μM 检测限：0.05 μM
R. R. Gaddam,. RSC Adv. 4, 57137-57143 (2014).
碳源：樟脑 荧光颜色：蓝色 尺寸：1~4 nm lex/lem: 320/510 nm QY：21.16%
碳源：康乃馨 荧光颜色：蓝色 尺寸：6~9 nm lex/lem: 320/435 nm 线性范围：3.2~11.7