文档介绍：碳量子点研究简史
碳量子点简介
碳量子点的基本性质
碳量子点制备方法
碳量子点的化学修饰
基于碳量子点的复合物
总结
主要内容
1985 年报道了零维的碳纳米材料富勒烯
1991 年发现了一维的碳纳米管
2004 年制备出了具有二维结构的石墨烯。于此同时,在 2004 年,Xu 等在纯化电弧放电制备单壁碳纳米管过程中,首次观测到了发光的碳纳米粒子,亦称碳量子点。
碳量子点研究简史
2006 年,克莱蒙森大学的孙亚平等第一次用激光刻蚀方法合成出碳量子点
2007年,从蜡烛燃烧的烟灰中分离出尺寸小于 2 nm 的具有不同发光的碳量子点。同年,以多壁碳纳米管为原料通过电化学氧化制备出发蓝光的碳量子点
在此以后,人们发展了电化学氧化石墨,石墨烯,碳纤维和碳黑制备碳量子点的新技术以及一系列新型的制备方法。
碳量子点(CQDs)是以粒径小于10 nm的碳质骨架和表面基团构成的荧光纳米材料。碳量子点具有毒性小、生物相容性好、发光波长可调、易于功能化等突出优势而备受关注
CQD具有的优势:

目前为止,在生物成像、荧光传感、有机光伏、发光二极管和催化领域表现出了潜在的应用价值。
碳量子点(CQDs)
Biosensors and Bioelectronics 81 (2016) 143–150
上转换发光,即:反-斯托克斯发光(Anti-Stokes),由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发,发出低能量的光,换句话说,就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光,或者蓝光激发出黄色光,或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现,其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果,于是我们称其为反斯托克斯发光,又称上转换发光。

虽然到目前为止,碳量子点的发光机理仍然不明确,存在诸多争议,但其发光性质具有一些基本特征。如:发光具有尺寸和激发波长的依赖性,发光稳定、无光漂白现象。此外,还发现碳量子点的发光具有 pH 依赖性,存在上转换发光和电化学发光现象

但是,针对CQDs自身较弱的电子传输性能这一制约其发展的关键性因素,研究人员立足于碳前驱体源头创新,围绕CQDs的可控构筑、电子传输及光催化有机物制备机理等开展了系统深入的研究
CQDs良好的上转换光致发光能力为全谱太阳光的应用提供了新的思路及方向
碳量子点结构示意图
制备碳量子点的方法通常分为两大类:自上而下法和自下而上法。
自上而下法主要是通过物理或化学方法将大尺寸的碳前驱体(如石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维以及碳黑等)切割成小尺寸的碳量子点,主要包括电弧放电、激光刻蚀、电化学氧化、化学氧化和水热法等。
自下而上法是以小分子作为前驱体,通过一系列化学反应得到尺寸更大的碳量子点,主要包括热解法、微波法、燃烧法以及溶液化学法等