碳量子点课件

炭量子点2023/9/131炭量子点2023/7/3111背景美国克莱蒙森大学的科学家首次制造出一种新型的碳纳米材料—碳量子点。与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。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，包括改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。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。2023/9/1321背景2023/7/312因为碳纳米粒子具有很大的表面积，所以长期以来科学家们一直认为这种纳米粒子相比宏观碳，具有非常奇特的化学和物理性质。孙亚平和同事从石墨中提取出炭纳米粒子，并且证明这些粒子表面覆盖一种特殊的聚合物后，在光照下可以发出非常明亮的光，就像是微小的光球一样。科学家们认为这种光致发光现象可能是由于碳量子点表面的空洞可以储存能量造成的。而金属量子点的发光机制则稍微有些不同。相对于金属量子点而言，碳量子点无毒，对环境的危害小，造价也更便宜。由它制成的传感器可以用来探测爆炸物和炭疽热等生化战剂。克莱蒙森大学化学博士孙亚平说：“碳不是半导体，发光碳纳米粒子不管是从理论角度还是从应用角度看都是非常有意思的。它代表着发光纳米粒子研究的一个新的平台。背景2023/9/133背景2023/7/3132性质碳量子点具有传统量子点不具有的优点，他既具有纳米粒子的小尺寸特点，又具有量子点的荧光性质，还有非常好的生物相容性。由于量子点尺寸小,其载流子的能量呈量子化，使量子点有优异的光学、电学性能。当碳量子点被一定波长的光激发时，电子跃迁到高能级上，然后在回到基态发射荧光，这是碳量子点的荧光物质，当有对碳量子点有反应的物质和量子点集合后，碳量子点的荧光峰的强度会减弱，进而断定溶液中存在削弱碳量子点荧光的物质，碳量子点也就是通过这种荧光能力可以进行大量物质的痕量检测。碳量子点的光学性质优良，稳定性高，荧光量子产率高、荧光寿命长。2023/9/1342性质2023/7/3143合成方法碳量子点由于具有相对较高的量子产率以及更小的尺寸被认为是最有前途的材料。可以通过激光销蚀石墨，羧化作用的碳纳米管或蜡烛灰烬的羧化作用,和质子束照射纳米金刚石来制备。尽管纳米金刚石具有低的细胞毒性和不易光褪色的优良性质，但它的粒子太大，直径100纳米，并且成本高昂，这些原因限制了碳纳米金刚石的使用。具有良好的结构的碳量子点具有非常好的性质，合成碳量子点的方法有如下几种：电弧法激光剥蚀法燃烧-水热法微波法模板合成法电化学合成法2023/9/1353合成方法碳量子点由于具有相对较高的量子产率以及更小的尺寸被Xu等人无意中合成了碳量子点，是合成碳量子点最早的报道。通过电弧法合成碳纳米管，将炭灰加入到硝酸溶液中，结果获得了带有羧酸根的碳量子点，增加了其水溶性，然后用氢氧化钠溶液进行萃取，再对获得的黑色悬浊液进行凝胶电泳操作，获得碳纳米材料和碳量子点。

碳量子点根据尺寸分有三种尺寸，分别发出不同的荧光。这是一种常用的量子点合成方法，在特制的密闭反应器中，采用特定溶剂作为反应体系，再将反应介质加热到（或接近）超临界温度。该法优点是操作简单，所用原料毒性小、价格低，且制得的颗粒细小均匀，尺寸可控，但是，所得量子点的荧光产率低，尺寸分布较大。电弧法合成方法12023/9/136Xu等人无意中合成了碳量子点，是合成碳量子点最通过激光剥蚀的方法也可以合成碳量子点。例如，将石墨粉和水泥混合后，烘烤，固话，热处理后获得碳靶，高温高压下，Ar气流中通过激光对碳靶进行灼烧。将产物在硝酸溶液中回流过夜酸化后获得尺寸为3到10nm的碳量子点。激光剥蚀法制作碳量子点的方法比较多样，这只是其中的一种制备碳量子点方法。激光剥蚀方法制备的碳量子点比较复杂，操作繁琐。激光剥蚀法合成方法22023/9/137通过激光剥蚀的方法也可以合成碳量子点。例如，将

天然气或者蜡烛的燃烧残渣可以用来制备碳纳米量子点。Mao等人将玻璃片至于燃烧的蜡烛火焰上方收集蜡烛灰，将蜡烛灰在硝酸中氧化回流12小时，在通过离心，透析，凝胶电泳等手段进行分离，可以得到具有不同发光性质的碳纳米量子点。Gianneilis等还建立了通过热分解低熔点分子一步合成表面秀水？的亲水或亲油的碳量子点的方法。燃烧-水热法合成方法32023/9/138天然气或者蜡烛的燃烧残渣可以用来制备碳纳米量子点把PEG200N和糖类物质一起溶在水中，500w的微波加热2到十分钟，溶液有无色到黄褐色，最后会变成深棕色，标志着碳量子点的合成成功。合成出的碳量子点的大小和光学性质与加热的时间有关，延长微波时间可以得到尺寸较大，发射波长较高的碳量子点。PEG200N：聚乙二醇（表面活性剂）微波法合成方法42023/9/139把PEG200N和糖类物质一起溶在水中，500w模板法是通过在模板上合成碳量子点，防止碳量子点在高温处理过程中发生聚集和团聚。？Liu等利用表面活性剂修饰后的氧化硅球作为反应的支撑模板，在模板的表面上做嵌段共聚反应。模板合成法合成方法52023/9/1310模板法是通过在模板上合成碳量子点，防止碳量子点Zhou等首先报道了电化学合成碳量子点的方法。电化学法制备碳量子点是利用RST电化学工作站进行电化学线性扫描循环伏安法扫描。用三电极体系（银电极为参比电极，石墨棒分别作为对电极和工作电极）对溶液中的石墨棒进行电化学扫描的方法。反应过程中，溶液由无色慢慢变成淡黄色再到暗黄色，然后对溶液进行离心和透析处理，变得到水溶性的淡黄色的碳量子点溶液。

此法具有操作简单，原料丰富简单，产物单一水溶性好，荧光效果好，荧光稳定，灵敏度高，以及容易操作等优势。电化学合成法合成方法62023/9/1311Zhou等首先报道了电化学合成碳量子点的方法。电化学法制4碳量子点的应用Cao等最先报道了碳量子点在细胞成像方面的应用，选择人体乳腺癌细胞作为载体细胞，用聚N-丙酰基乙基酰亚胺-乙烯亚胺钝化合成碳量子点标记人体乳腺癌细胞。细胞在荧光显微镜下表现出强的发光性质。在离子传感器领域也有广泛的应用。Lu等[26]使用柚子皮作为碳源，用水热法合成水溶性碳量子点，可用于免疫标记，Hg2+的荧光探针，检测限达0.23nmol/L。碳量子点可以通过其荧光值得变化测定对碳量子点的感应的物质，且灵敏度高，通过对碳量子点的尺寸，表面修饰集团等的变化获得选择性更好的碳纳米荧光材料。碳量子点在细胞成像上的应用碳量子点在离子传感器的应用2023/9/13124碳量子点的应用Cao等最先报道了碳量子点在细胞成像碳量子点的应用碳量子点可用于催化还原反应。Wang等[22]通过光激发碳量子点和硝酸银反应，可以还原银，增加银表面积等。Ming等[23]通过电化学一步合成碳量子点，对环境友好，是多层石墨烯的氧化物，具有非常好的光转换发光性质，阳光下可以降解甲基橙。合成的C-dots主要是多层石墨烯氧化物，具有较高的光转换发光性质，表现出类似过氧化物酶的功能，并且在可见光下对甲基橙降解有光催化活性。碳量子点修饰的光电极可以在一定条件下产生光电流，可用于太阳能坚持？材料的掺杂可以转化为电的光从从紫外区延伸至近红外区[24]。Guo等[25]探索了基于碳量子点的一种新型的、环境友好型的光电子设备。C-dots也被用于光限幅领域。碳量子点的光催化应用2023/9/1313碳量子点的应用碳量子点可用于催化还原反应。Wang等[14碳量子点是纳米材料领域中非常受关注的材料，通过电化学合成方法，以简单的材料来源，低廉的制作成本，合成的简单快速，比传统量子点优越的性能，低的细胞毒性，良好的生物相容性，环境友好型等优点，被大家广泛的研究。我们需要对碳量子点的发光机理做更深入的研究，正因为碳量子点的相比较传统的半导体纳米晶体的优点，碳量子点将在生物的研究，药物残留，水样检测，疾病的追踪等众多领域中崭露头角。研究还表明，碳量