碳量子点的合成及在爆炸物检测中的应用

背景介绍碳量子点通常被定义为小型碳纳米颗粒，具有导电性好、化学稳定性高、环境友好、宽带光吸收、低毒、强光致发光性能，可以大规模制备。随着人们的深入研究，碳量子点的性质和原理也逐渐被人们了解，并开始掌握其制备与应用。碳量子点的理化性质十分出众，具有荧光发光强度高、光电性质良好等优点，在爆炸物检测领域具有广阔的应用前景。本文亮点1、本文从近5年比较重要的文献中综合了碳量子点的合成方法、表面修饰和在爆炸物检测中的应用共3个方面进行系统的梳理；2、对碳量子点在爆炸物检测实际应用中存在的问题和不足进行了分析和展望。内容介绍人们最早于1983年发现纳米金刚石，接连发现了碳纳米洋葱、纳米角和纳米锥等碳纳米晶体，最终在2004年，南卡罗莱纳大学的华裔化学家XuXiaoyou发现了碳量子点，发展进程如图1所示。1碳量子点的合成方法碳量子点的合成方法大体分为“自下而上”和“自上而下”两类，如图2所示。1.1

化学氧化法传统的化学氧化法通常使用“自上而下”的合成方法来制备碳量子点，HNO3/H2SO4和HNO3是最常用的氧化剂，通过化学氧化法制备的碳量子点的量子产率通常在1%～20%之间，粒径在1～10nm之间。1.2

微波辅助法微波辅助法制备碳量子点的反应原理主要涉及化学反应和物理作用两个方面。采用固体酸催化剂催化微波辅助反应制备了碳量子点,将从造纸厂中得到的木质纤维素残渣进行研磨后，加入20mL二甲基甲酰胺和0.1g固体酸催化剂混合，在100℃下反应。最终溶液在室温下冷却，经离心、过滤和真空干燥24h后得到碳量子点，如图3所示。1.3

水热法水热法制备的碳量子点具有较强的荧光性能，无需进行其他的修饰即可溶解于水和大多数极性有机溶剂，可以通过调节水热温度和时间来控制所获得的碳量子点的粒径和量子产率。将无果肉柠檬汁与乙醇混合，在120℃左右的恒温下加热3h，反应结束后，冷却至室温得到深棕色产物，洗去未反应的有机部分，离心分离得到制备的碳量子点。与已知的制备方法相比，采用了更低的温度和更短的时间，过程示意图见图4。以橘子汁为碳源，未进行化学添加和后处理，通过一步水热法合成了水溶性碳量子点，首次发现了形状类似长方体的碳量子点颗粒，且该碳量子点得到的碳量子点/PVA聚合物复合材料的油墨可以用作镀金油墨，如图5所示。2碳量子点的表面修饰碳量子点的表面性质高度依赖其表面状态，表面修饰是改变碳量子点表面特性常用的方法之一。该方法在碳量子点制备过程中十分重要，通过表面修饰可以实现如下目的：改善其稳定性；提高其分散性；改变其表面电荷性质；引入功能基团；提高其生物相容性。3爆炸物检测根据炸药所含主要成分化学性质的不同可分为有机炸药、无机炸药和混合炸药。诸如高效液相色谱(HPLC)、液相色谱-质谱(LC-MS)、气相色谱-质谱(GC-MS)等传统方法检测爆炸物，具有灵敏度高、反应速度快的优点，碳量子点通过表面修饰或选择合适的量子点形式，可以实现对TNT的检测，如图9所示。4结论与展望近年来，碳量子点作为一种新型荧光探针在爆炸物检测领域备受关注。然而，虽然研究人员已经通过实验取得了一定的研究进展，但在实际应用中还存在一些问题和局限性：（1）灵敏度需要进一步提高；（2）选择性存在局限性；（3）实际应用受到限制。对此，未来的研究可以