碳量子點的合成、性質及應用

2021-01-19 化工進展

由於傳統的半導體量子點和有機染料在生產的過程中使用重金屬，因此具有較高毒性，限制了其進一步應用。與傳統半導體量子點相比，碳量子點不僅具有類似於傳統量子點的發光性能與納米尺寸特性，而且具有很好的水溶性、化學惰性、易功能化、高耐光漂白、低毒性和良好的生物相容性等特性，因此在不同研究領域獲得了廣泛關注，同時也代表發光納米粒子研究進入了一個新的階段。

研究發現碳量子點在近紅外光下激發出的螢光可穿透生物組織，應用於活體生物納米技術領域。而在水溶液中所發射出的螢光可以有效地被電子供體或電子受體猝滅，這證明量子點具有很好的電子轉移性能，因此可應用於光電探測器和太陽能電池。此外，碳量子點也可應用於敏感離子檢測的納米探針、光電催化、生物成像等領域。

本論文將就碳量子點研究領域的最新進展進行介紹，主要包括合成、性質與應用等方面，希望可以提供一個儘可能全面的碳量子點研究現狀概述，對其物理化學性質和相關應用的研究開發提供幫助。

相關焦點

  • 碳量子點的主要應用
    碳量子點的研究引起了國內外學者的廣泛關注，近年來更是掀起了以天然物質為碳源製備碳量子點的研究熱潮。 碳基納米點簡稱碳點，如圖1所示，可分為石墨烯量子點、碳量子點、聚合物點。碳量子點是由分散的類球狀顆粒組成，尺寸在10nm以下，具有螢光性質的新型納米碳材料。2004年，XU等首次在電泳法製備單壁碳納米管的純化過程中製備出一種具有尺寸相關的螢光性質的碳材料。SUN等在2006年通過表面鈍化合成了具有增強螢光發射效應的螢光納米顆粒，並將其命名為碳量子點。
  • 怎樣製備碳量子點_碳量子點的製備
    什麼是碳量子點 物質的許多性質取決於物質中活潑電子的狀態，而電子狀態取決於電子所處的空間勢能，隨著物質尺寸的降低，電子的運動受到限制，按照電子受限的空間維數，將物質分為如圖1所示塊體、量子阱、量子線和量子點。
  • 高質量全色螢光碳量子點的合成與應用研究取得新突破
    發光二極體（WLED）器件，使用該策略製備的碳量子點在環境中重金屬離子和汙染物檢測、光催化和電催化處理環境中難降解有機廢水、生物成像、能量轉換與器件存儲、柔性光電器件等領域具有廣闊的應用前景。當今白光主要是通過藍光或紫光LED晶片與多色螢光粉的組合方式產生，在各類螢光粉材料中，膠體半導體量子點成為顯示和照明技術發展的潛在候選者。然而，絕大多數半導體量子點在合成和環境安全性方面仍然具有挑戰，限制了其在某些領域中的應用。碳量子點已作為開發WLED的新型螢光粉出現，有望成為光電器件關鍵組件，但其遇到的技術瓶頸便是發射光譜和螢光顏色可調局限性。
  • Science Advances上海大學高質量全色螢光碳量子點的合成與應用...
    ——酸試劑調控材料表面給電子基團/吸電子基團策略，並成功地研製了全色發光膜以及多種類型的高顯色指數白光發光二極體（WLED）器件，使用該策略製備的碳量子點在環境中重金屬離子和汙染物檢測、光催化和電催化處理環境中難降解有機廢水、生物成像、能量轉換與器件存儲、柔性光電器件等領域具有廣闊的應用前景。
  • 一步合成發光碳量子點方法建立
    中科院理化技術所分散體系化學與材料研究組建立了在高溫溶劑中一步合成發光碳量子點方法，通過選擇性使用溶劑和表面包覆劑，獲得尺寸
  • 碳量子點材料,未來可期!
    碳量子點材料具有綠色環保，水溶性和導電性好以及生物毒性低等優勢，近年來在納米電子學、光學、催化化學、生物醫學以及傳感器等領域都有較好的應用前景。目前，國家重點研究發展計劃將納米研究和量子調控作為重大科研計劃。碳量子點材料的發展，未來可期！
  • 吉林大學楊柏團隊綜述:碳點,一種應用廣泛的新型碳基納米材料!
    碳點（CDs）作為一種新型的碳基納米材料，由於其多樣的物理化學性質和良好的生物相容性、獨特的光學性能、低成本、生態友好性、豐富的官能團（如氨基、羥基、羧基）、高穩定性和電子遷移率等優點，近年來引起了廣泛的研究興趣。
  • 碳(矽)量子點助力植物光合作用
    01導讀非重金屬螢光量子點是一類新型的光致發光納米材料，具有物化穩定性好、毒性低、發光量子效率高、製備工藝簡單等獨特的優點，近年來受到人們的廣泛關注，已經在生物醫學、光電器件、傳感器、和光電催化等領域顯示出廣泛的應用前景。相比之下，在農業上的應用則較為滯後。
  • 科學家合成深紫外波段發光的碳納米點
    日前，鄭州大學物理學院在碳納米點方面的研究獲得進展，首次理論上設計並在實驗中實現了深紫外波段發光的碳納米點，相關結果近日在線發表於《納米快報》。
  • 理化所發光碳量子點研究取得系列進展
    與先前的蜂房結構納米碳相比，碳量子點具有優越的發光性能；與半導體量子點相比，碳量子點發光更穩定、易於功能化和工業化、無毒、製備簡單廉價，預期將給發光材料、光電器件、綠色環保、生物醫學等領域帶來新的發展空間。在此背景下，開展碳量子點的基礎研究具有重要的理論意義和應用價值。
  • 碳量子點的簡單介紹
    碳量子點（Carbon Quantum Dots）是繼碳納米管、納米金剛石和石墨烯之後又一種新型碳納米功能材料，其粒徑一般小於10nm，且表面經過有機物鈍化處理後具有與傳統半導體量子點相媲美的螢光性能
  • 復旦課題組創新碳點製備方法 打破研究瓶頸
    復旦大學化學系教授熊煥明課題組多年來專注研究碳點相關問題，他們採用水熱-溶劑熱法合成碳點的技術已經成熟，合成的產品具有安全無毒、綠色環保、價廉物美的明顯優勢。最近，課題組還創新地應用柱色譜分離技術對碳點進行高效分離，獲得尺寸均勻、性能一致的產品。課題組在國際重要學術刊物上發表了一系列論文，並被國內外同行大量引用，申請了中國發明專利並獲得授權。
  • 少即是多:量子點的的發展歷程——從定義到應用
    這是半導體納米晶研究快速發展時期系統研究量子點的早期經典之作。然而，經過幾十年的發展研究，量子點的概念從最初的半導體納米晶也進行了延伸擴展，到如今鈣鈦礦量子點、碳量子點以及不含鎘的無機量子點等材料也成為了研究熱點。因此，這些新興材料的應用也將會被涉及到。
  • 半導體量子點的應用前景
    半導體量子點，簡稱為量子點(quantumdots)，有時也叫納米晶，它是納米尺度原子和分子的集合體，一般粒徑範圍在2~20nm。顧名思義，量子點即是將材料的尺寸在三維空間進行約束，並達到一定的臨界尺寸(抽象成一個點)後，材料的行為將具有量子特性(類似在箱中運動的粒子)，結構和性質也隨之發生從宏觀到微觀的轉變。半導體降維處理的研究已開展了很多年，這形成了「人造原子」或量子點(QD)的概念。這些具有納米尺寸直徑的半導體納米晶體在其光學和電子性能方面展現出量子尺寸效應。
  • 科學家發現新型無副作用抗癌物質:碳量子點
    研究人員製備了最小粒度 2 納米的碳量子點(圖 1a),並對該物質在體外和體內對骨肉瘤(143B 細胞系)的作用進行了系統研究,明確了碳量子點對骨肉瘤細胞的影響和凋亡作用(圖 1b)。碳量子點顯著提高骨肉瘤細胞內活性氧水平,降低線粒體膜電位,增強凋亡蛋白表達,通過觸發線粒體凋亡信號通路, 誘導骨肉瘤細胞凋亡。這些研究成果很好的解釋了碳量子點的抗癌機理。
  • 每周一問 | 碳量子點和石墨烯量子點有何區別?
    1.碳量子點和石墨烯量子點有何區別？從廣義上說，石墨烯量子點是碳量子點的一種。為什麼這麼說呢？因為碳量子點根據碳源不同，製備方法不同，結構也千差萬別。特別是通過熱解或氧化sp3碳結構的小分子前驅物製備的碳點（又叫從下而上法），往往並不具或只有很小的有類氧化石墨烯的sp2共軛島嶼結構，而更類似於大的碳簇。因此，從結構上來說我們可以把石墨烯量子點歸為具有石墨片層結構（晶格間距0.32nm）以及較大的網狀sp2共軛島嶼結構的碳量子點。
  • 碳點研究進展及其在分析檢測領域中的應用
    （C點）是一種在碳納米管溶液提純過程中偶然發現的新型的零維螢光納米材料，大多數C點的尺寸小於10nm，其核含有sp2雜化的碳原子，C點的核具有sp2雜化碳原子，具有許多官能團，如氨基，環氧基，醚基，羰基，羥基，並在其表面上形成羧酸鹽。
  • 綜述:石墨烯三維骨架結構—合成、性質及應用
    三維石墨烯材料的掃描電鏡照片 石墨烯（Graphene）是近年來備受關注的二維單原子層碳材料，具有很多優異特性，如高導電性、高比表面積、高導熱性和優異的機械性能，因此在很多領域都有很好的應用前景。 由南開大學化學學院馬延風副研究員和陳永勝教授共同撰寫的綜述文章「石墨烯三維骨架結構：合成、性質及應用」已在《國家科學評論》2015年第1期發表（全文連結http://nsr.oxfordjournals.org/content/2/1/40.full）。
  • 什麼是量子點?科學家開發量子點合成新方法!
    在最近的幾十年裡，量子點（QDs）即半導體納米晶體（NCs）由於具有獨特的電子和發光性質以及量子點在生物標記，發光二極體，雷射和太陽能電池等領域的應用成為大家關注的焦點。量子點的製造方法可以大致分為三類：化學溶液生長法，外延生長法，電場約束法。這三類製造方法也分別對應了三種不同種類的量子點。
  • 復旦唐雲JACS：利用雙金屬簇基元組裝水相合成摻雜量子點
    ，顯著改變了量子點原有光學性質。摻雜劑摻雜在量子點內部而非表面，規避了「自清潔」效應，並驗證了該合成策略的普適性和多功能性。研究背景水溶性摻雜量子點憑藉獨特的光學性質可用於生物成像、光電轉換等領域。但是由於摻雜離子與宿主間尺寸失配以及「自清潔」效應，量子點的摻雜並非易事。