碳量子点简介

1、碳点及其复合材料的研究进展，碳点研究简史，碳点简介，碳点的基本性质，碳点的制备方法，碳点的化学修饰，基于碳点的复合材料概述，主要内容，零维碳纳米材料富勒烯于1985年报道，一维碳纳米管于1991年发现，二维结构石墨烯于2004年制备。同时，在2004年，徐等人首次在电弧放电纯化单壁碳纳米管的过程中观察到了发光碳纳米粒子，也称为碳点。2006年，克莱门岑大学的孙亚平首次用激光刻蚀法合成了碳点。2007年，从蜡烛燃烧的烟灰中分离出了尺寸小于2纳米的不同发光的碳点。同年，用电化学氧化法从多壁碳纳米管制备了蓝光碳点。此后，人们开发了新技术和一系列新的制备方法，通过电化学氧化石墨、石墨烯、碳纤维和炭黑来

2、制备碳点。碳点是由粒径小于10纳米的碳骨架和表面基团组成的荧光纳米材料。碳点因其毒性低、生物相容性好、发射波长可调和易于功能化等突出优点而备受关注。CQD有以下优势：1 .快速光生电子转移；2.电子存储性能；3.良好的上转换光致发光能力。目前，它在生物成像、荧光传感、有机光伏、发光二极管和催化等领域显示出潜在的应用价值。碳点(CQDS)，生物传感器和生物电子学81 (2016) 143150，上转换发光，即：反斯托克斯发光，来自斯托克斯定律。斯托克斯定律认为，材料只能被高能光激发而发射低能光，换句话说，短波长和高频率的光可以被长波长和低频率激发。例如，紫外光激发可见光，蓝光激发黄光，或者可见光

3、激发红外光。然而，后来发现一些材料可以达到与上述定律相反的发光效果，所以我们称之为反斯托克斯发光，也称为上转换发光。1.结晶属性2。光学性质尽管碳点的发光机理至今仍不清楚，也存在争议，但其发光性质具有一些基本特征。例如，发光依赖于尺寸和激发波长，并且发光稳定，没有光漂白。此外，还发现碳点的发光与酸碱度有关，有上转换发光和电化学发光。3.细胞毒性和生物相容性是碳点的基本特性。然而，鉴于碳量子点的弱电子传输性能是制约其发展的关键因素，基于碳前驱体来源的创新，研究者对碳量子点的可控结构、电子传输和光催化有机制备机理进行了系统深入的研究。量子点优异的上转换光致发光能力为全光谱太阳光的应用提供了新的思路

4、和方向。根据碳点结构示意图，制备碳点的方法通常分为两类：自上而下法和自下而上法。自顶向下方法主要切割大尺寸碳前驱体(如石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维和炭黑等)。)通过物理或化学方法，主要包括电弧放电、激光蚀刻、电化学氧化、化学氧化和水热法等，形成小尺寸的碳点。自下而上的方法是以小分子为前驱物，通过一系列化学反应，包括热解、微波、燃烧和溶液化学等，获得较大尺寸的碳点。碳点的化学修饰实现了表面钝化，碳点的化学修饰实现了发光调节，碳点的化学修饰实现了功能应用，碳点的化学修饰，不同温度下制备的胺化碳点水溶液，胺化碳点，碳量子点和氮碳量子点的透射电子显微图(a)和(b)以及尺寸分布图(c)和(d ),碳

5、量子点和氮碳量子点的光致发光光谱以及在自然光和紫外灯下的照片(左边是碳量子点溶液，右边是氮碳量子点点溶液，碳点胺化示意图。通过改变反应温度、氮源和氮源添加顺序，研究了胺化过程中影响碳点发光的因素，确定了获得高发光强度胺化碳点的最佳反应条件。Advmater，2012，24:4569-4573。物理化学，2012，14:7360-7366。实验结果表明，基团修饰后的氮碳量子点的荧光强度最强，几乎是氧碳量子点和氯碳量子点的15-40倍，但催化效率最低。Cl-CQDs具有最高的催化效率，能在2分钟内完全降解亚甲基蓝。光催化效率随着反应温度和亚硫酰氯的加入量而变化。通过化学方法在其表面引入不同的基团，

6、可以控制碳点的光致发光和光催化性能，为将来碳点复合材料的制备和光的能量转换奠定基础。然而，碳点表面存在的各种基团对其性能的影响需要进一步研究。化学。足球。Rev .2015，44，362-381，碳点电子转移的机制。当高能光子进入碳点时，会产生光生电子-空穴对，光激发产生的电子-空穴对有两个主要变化：(1)激发态电子通过热振动移动到激发态。(化合物)在(2)中形成的空穴和电子被分开并分别迁移到碳点的表面。它们可以将吸附在碳点表面的羟基和水分子氧化成羟基。这些小分子具有很强的氧化能力，能够降解有机物。(分离)从上述光生电子和空穴的“去向”可以看出，如果要提高碳点的发光强度，就需要提高电子-空穴对

7、的复合几率，而要提高其光催化效率，就需要促进光生电子和空穴对的有效分离。基团修饰碳点对碳点性能影响的机理、带隙弯曲方向和弯曲度的理论推导碳点表面存在许多缺陷，形成可见光带隙，这些带将从内侧连续移动到表面，形成带隙弯曲。带隙弯曲诱导电位会影响电子和空穴的分离效率，因此可以通过表面带隙弯曲来发现表面基团和性质之间的关系。表面带隙弯曲的原因主要来自表面原子的分布和类型。对于向下弯曲，在表面上有一个正电势，电子集中移动到表面，导致自由电子的增加和空穴的减少。对于向上弯曲，表面上存在负电位，正电荷加速移动到表面，导致自由电子减少和空穴增加。碳点从内到表面的带隙弯曲度可以通过光致发光来测量。表面基团对碳点

8、带隙弯曲、电子受体修饰、负电场、带向上弯曲、否则向下弯曲的影响示意图。美国化学学会应用材料。interfaces 2015，7，83638376，一般认为尺寸、结构和表面状态会影响碳点的性能，但越来越多的研究表明，在一定的尺寸和特定的合成条件下，表面基团是影响碳点性能的关键因素。目前，还没有系统的了解和研究表面基团对碳点性质的影响。因此，制备表面带有不同基团的碳点，并系统研究其对碳点性能的影响，具有重要的科学研究价值。碳点/金属复合碳点的金属复合物主要包括碳点与金、银或铂的复合物。孙亚平在光照下用碳点还原氯金酸或氯铂酸，直接制备了金或铂包覆的碳点，可以有效地光催化转化二氧化碳或产生氢气。在碳点

9、的银络合物中，主要探讨了银对碳点荧光强度的影响。基于碳点复合物，碳点/金属氧化物复合物碳点和氧化物复合物主要包括碳点和二氧化钛、二氧化硅、氧化铁、氧化锌或氧化亚铜。苏州大学康碳点是一种含有碳点的块体材料，它不仅直接与金属或金属氧化物复合，还可作为荧光填料复合成二氧化硅、琼脂或二硫化镍等块体材料，赋予复合材料发光性能。通过在Nafion(全氟磺酸)中加入碳点制备的复合材料可用作透射电子显微镜和HRTEM电化学发光免疫分析法测定甲胎蛋白、金/碳量子点、金/碳量子点。金/碳量子点复合物可将63.8%的环己烷转化为环己酮，在H2O2存在下，二者的分离率可达99.9%。当H2O2与环己烷的摩尔比不同时，

10、金/碳量子点的转化率和分离效率也不同。Au/CQDS对环己烷的高转化率和分离效率归因于：1 .金颗粒的表面等离子共振效应增强了可见光吸收；2.2的存在。H2O2促进HO的生成和数量；3.CQDS和AuNPs在可见光下的相互作用。2014，4，328336，氧化锌/量子点，可见光和近红外光激发的量子点的上转换光谱。从图中可以看出，当CQDs被可见光和近红外光激发时，可以获得紫外光和可见光，例如，当600纳米以下的可见光被激发时，可以获得紫外光，这提高了氧化锌的催化效率。氧化锌/量子点的透射电镜和HRTEM，上转换，环境化学工程学报4 (2016) 11481155，量子点/Ag3PO4，1。cq

11、ds可用作电子供体和受体，在光催化降解过程中，电子可容易地转移到ag3po4表面。同时，多余的电子可以转移到量子点上，避免了光腐蚀，提高了催化剂的稳定性。2.量子点可以吸收可见光，并通过上转换将其转化为短波长光(300-530纳米)，然后激发Ag3PO4产生光生电荷用于光催化。因此，量子点/Ag3PO4可以利用全光谱的太阳光提高催化效率。3.量子点可以捕获Ag3PO4产生的电子，促进光生电子和空穴的分离。同时，量子点表面的电子可以与O2结合生成O2-进行催化。量子点/Ag3PO4的扫描电镜和HRTEM，荧光光谱。化学。2012，22，10501，cqds/cusx的扫描电镜和HRTEM，cqd

12、s/biocl的扫描电镜和透射电镜，g-c3n4/cqds的透射电镜和HRTEM，纳米级，2015，7 1132111327应用数据分析isb : environmental 181(2016)260269应用表面/10.1016/j.apsusc.光电转换特性：主要是指cqds作为电子载体转移电子和作为光子受体吸收和转换光子的能力量子点的电化学性质取决于它们的尺寸、温度、所用的电解质、与电极的结合方式以及它们的排列方式。光学特性：光生电子-空穴复合发射荧光光催化特性：光生电子-空穴分离产生催化作用，光电化学(PEC)传感器是一种基于光电化学活性物质的光电转换特性

13、来确定被测物体浓度的检测装置。它通过光电化学过程工作。与简单的光学检测和电学检测方法相比，光电化学检测方法具有灵敏度高、设备简单、易于小型化等优点。它是一种极具应用潜力的分析方法，在化学、生物、医学、环境监测和食品等领域显示出广阔的应用前景，已成为近几十年来的研究热点之一。以基于半导体纳米材料及其复合材料的传感器为例，阐述了光电化学传感器的工作原理。当被能量大于或等于带隙的光照射时，半导体吸收具有相应能量的光子并产生电子-空穴对。所产生的光生电子和空穴可以被重新结合(图中的Kr过程)，另一个可以是导带上的电子被转移到外部电路(图中的Ke过程)或溶液中的电子受体(图中的Kc过程)，从而产生光电流，例如。如果导带上的电子转移到电极上，同时溶液中的电子给体将电子转移到价带的空穴上，就会产生阳极光电流，如图1b (a)所示；相反，如果导带上的电子转移到el安琪。化学国际编辑2015，54，65406544物理化学2015，119，29562962纳米科学研究快报(2016) 11:60应用数据分析ISB 3360环境189 (2016) 2638，碳点具有独特的光电效应，可将光能转化为电能或化学能。此外，量子点的制备方法简单，成本低廉，使得量子点在光电化学领域得到广泛应用。然而，由于其复合率高、光电活性不稳定、光生氢寿命短和光电转换效率低，其在光催化