氮掺杂碳点的合成与应用

碳纳米点(碳点)是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

2018年5期 电子期刊

研究了不同Mn/Pb量比的Mn掺杂CsPbCl₃（Mn：CsPbCl₃）钙钛矿量子点的发光性质。Mn/Pb的量比增加引起的Mn²⁺发光峰的红移,被认为是来源于高浓度Mn²⁺掺杂下的Mn²⁺-Mn²⁺对。进一步研究了Mn：CsPbCl₃量子点的发光效率与Mn/Pb的量比之间的关系,发现随着量比达到5：1时,其发光效率明显下降。这种发光效率下降是由于Mn掺杂浓度引起的发光猝灭。Mn：CsPbCl₃量子点的变温发光光谱证实,随着温度的升高,Mn离子发光峰蓝移,线宽加宽,但其发光强度明显增加。     

2019年2期 电子期刊

用化学共沉淀法一次煅烧工艺制备Ce,Pr:GAGG粉体,利用XRD、SEM、荧光光谱仪等对样品表面形貌及发光性能进行表征,研究煅烧温度、沉淀剂引入草酸根对粉体发光性能的影响。结果表明,前驱体经950℃煅烧3 h后全部转变为GAGG相,Pr³⁺、Ce³⁺共掺未改变基质的物相结构;沉淀剂引入草酸铵后,粉体发射光谱积分强度由333 573 a.u上升至420 894 a.u,沉淀剂引入草酸根能提高粉体的发光性能。荧光寿命测试表明,在Ce:GAGG中掺入Pr³⁺可使Ce³⁺的荧光寿命降低,衰减时间为35.43 ns。     

2018年2期电子期刊

光诱导功能退化是胶体量子点在应用中面临的主要挑战之一,本文针对这一问题研究了使用磁控溅射沉积SiO₂薄膜形成钝化层来提高CdSe/ZnS量子点发光稳定性的方法。首先,通过三正辛基膦辅助连续离子层吸附反应方法合成了615 nm发光的红色CdSe/ZnS量子点。然后将量子点旋涂在SiO₂/Si基片上,再通过磁控溅射方法在量子点上沉积了厚度为20 nm的SiO₂薄膜作为钝化层。使用连续波激光光源分别在空气气氛和真空条件下照射样品,研究了经过不同照射时间后钝化和未钝化量子点的稳态光致发光光谱。结果表明,随着照射时间的延长,没有SiO₂钝化的量子点的PL强度显著降低、PL峰值发生蓝移、FWHM不断增大。对比研究发现,由于SiO₂薄膜能够阻挡空气中的水和氧,减缓了量子点表面的光诱导氧化现象,因此显著提高了CdSe/ZnS量子点的稳定性。     

2017年10期电子期刊

为了增强β-NaGdF₄：Yb³⁺,Tm³⁺纳米晶的上转换发光,克服外延增长钝化壳增大尺寸的不足,利用阳离子交换法制备核壳纳米结构,研究了样品在980 nm激发下的上转换发光性质。首先,利用高温热分解法制备了直径为10 nm的β-NaGdF₄：Yb³⁺,Tm³⁺纳米晶;然后,将制备的纳米晶与Gd³⁺在油酸-十八烯混合溶液中在300℃进行交换反应。实验结果表明,随着表面Yb³⁺和Tm³⁺被Gd³⁺取代,钝化壳的形成抑制了内部Yb³⁺的表面去激发过程,增强了内部Yb³⁺（²F₅）→ Tm³⁺（³H₅,³F_2,3）的能量传递,上转换发光逐渐增强。交换30 min后,Tm³⁺的³H₄ →³H₆近红外发光增强达到最大,为对照样品的6.5倍,而尺寸基本保持不变。在生物成像方面,上转换纳米晶的尺寸必须与生物分子相匹配,同时发光强度要高,阳离子交换法既能增强近红外发光,又能保持原来小的尺寸,在生物成像领域具有很好的应用前景。     

荧光碳点的制备、发光机理及应用

碳点合成原料来源广泛,发光性能可调,生物相容性良好,在生物成像、离子检测、发光材料等领域具有巨大的应用潜力.本文综述了碳点的制备方法、发光原理以及应用,重点介绍了碳点的制备方法,总结了近年来碳点在催化、生物成像等领域的最新进展;指出未来研究中需要进一步对碳点的合成进行优化,深入探究碳点的发光机理;制备发光波长可调、尺寸...     

2019年3期 电子期刊

通过Debus-Radziszewski、Suzuki-Miyaura和Knoevenagel缩合反应,设计合成了一种新型的咪唑衍生物L,并使用傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱对合成化合物进行了结构表征。不同极性溶剂中光物理性质和密度泛函理论计算结果表明该系列化合物具有典型的分子内电荷转移（Intramolecular charge transfer,ICT）效应;紫外-可见吸收和荧光发射光谱证实它表现出聚集诱导猝灭（Aggregation-caused quenching,ACQ）性质。进一步的光物理性质测试表明化合物L在THF/H₂O混合溶液中可实现对2,4,6-三硝基苯酚（苦味酸,picric acid,PA）的检测,检测限为3.7×10^-6 mol/L。     

2018年7期 电子期刊

采用自蔓延燃烧法制备了不同镨掺杂浓度的12CaO·7Al₂O₃：Pr³⁺（C12A7：Pr³⁺） X射线影像存储荧光粉。在232 nm激发下,发现Pr³⁺掺杂摩尔分数为0.3%的荧光粉位于486 nm的蓝光发射峰呈现最大的发光强度。对C12A7：0.3% Pr³⁺样品进行真空热处理后,C12A7笼中的O^2-基团数量减少,同时类F⁺色心的空笼子的数量增多,导致陷阱数目增加和光激励发光强度增大。热释发光实验表明：C12A7：0.3% Pr³⁺样品中存在两个深陷阱,陷阱深度分别约为0.69 eV和0.80 eV;经过真空热处理后的C12A7：0.3% Pr³⁺荧光粉,陷阱深度变深,陷阱数目增多,光存储性能变好。当吸收的X射线剂量为5.2 Gy时,可以实现分辨率较高的X射线成像。实验结果表明,镨掺杂C12A7荧光粉在计算机X射线摄影领域有潜在的应用前景。     

2018年10期 电子期刊

采用自蔓延燃烧法结合高温热处理方法制备了镝离子掺杂浓度不同的七铝酸十二钙（12CaO·7Al₂O₃:x% Dy³⁺,C12A7:x% Dy³⁺） X射线荧光粉材料。实验发现,该系列荧光粉在350 nm激发下,可观察到位于486 nm和575 nm的两个发光峰,其分别来源于Dy³⁺离子的⁴F_9/2→⁶H_15/2和⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁。当镝掺杂摩尔分数为0.3%时,两个发光峰的发射强度最大。在氮气气氛下,1 300℃热处理C12A7:x% Dy³⁺荧光粉后,与未热处理样品相比,笼中OH^-基团减少,导致其光激励发光强度显著增大,并产生了更多的深陷阱。通过使用氮气气氛热处理后的C12A7:0.3% Dy³⁺粉末制成的成像板,以包覆有绝缘层细电线为成像目标,发现在合适的X射线吸收剂量下（0.54 Gy）,可以实现高质量的X射线成像。以上实验结果表明,镝掺杂的七铝酸十二钙X射线荧光粉材料在数字化静态X射线图像目标检测技术中有潜在的应用前景。     

发光可调控CDs@MOFs复合荧光材料制备及其在高显色白光LED中的应用

选用中性红和硫脲作为原料,制备出一种540 nm波长发射的新型黄光碳点(CDs)水溶液,具有激发依赖特性。选择Al-MOFs和Zn-MOFs分别作为CDs的载体基质,得到CDs@Al-MOFs和CDs@Zn-MOFs两种复合荧光材料,都显示出非激发依赖特性。而CDs@Al-MOFs和CDs@Zn-MOFs的最佳发射峰分别位于555 nm和612 nm,与CDs水溶液540 nm的发射波长相比,都出现不同程度的红移。通过对黄光CDs及其复合荧光材料进行TEM、XRD、FT-IR、XPS、UV-Vis和FL等系列表征,证明其发光机理是由CDs的表面态发光转变为分子态发光占主导地位。通过调整两种复合荧光材料的配比可获得不同发光性能的白光LED器件,当CDs@Al-MOFs与CDs@Zn-MOFs的质量比为1∶0.65时,器件的色温为3 968 K、显色指数达82.4,表明该碳点基复合荧光材料在白光LED领域具有广阔的发展前景和应用价值。     

pH响应型碳点的荧光机制和生物医学应用

碳点(CDs)作为一种新型的零维碳基纳米材料,由于其优异的荧光性质、良好的生物兼容性、低细胞毒性以及丰富的表面官能团等性质,在荧光传感和生物医学领域具有巨大的应用潜力。特别是针对肿瘤弱酸性的微环境特点,设计pH响应型碳点来实现对肿瘤的特异性治疗将尤为重要。本文对近年来基于pH响应型碳点的研究工作进行了系统的调研,综述了pH响应型碳点的荧光机制及其在pH传感、生物成像及癌症治疗等生物医学领域的应用,并对pH响应型碳点目前面临的主要挑战以及未来发展的方向进行了展望。     

Rapid Visualization of Latent Fingerprints with Color‐Tunable Solid Fluorescent Carbon Dots

Latent fingerprints (LFPs) imaging is the most important approach to identify individuals, and there is a persisting need for the development of simple, rapid, accurate, and universal LFPs recognition methods. The nitrogen‐ and sulfur‐doped solid fluorescent carbon dots (N,S‐SFCD) are synthesized with a simple microwave‐assisted method by using l ‐glutathione and citric acid as precursors. The obtained N,S‐SFCD has a uniform size from 2 to 7 nm with quantum yield over 48%. The presence of heteroatoms and functional groups on the surface endows the N,S‐SFCD with good dispersibility and strong fluorescence emission, and overcomes the typical aggregation‐induced fluorescence quenching, thus allowing the N,S‐SFCD to be used in both solution and their powder forms. Furthermore, the color‐tunable fluorescence, electrostatic interaction with fingerprints, and good stability enable N, S‐SFCD to act as an excellent chemosensor for fluorescence imaging. LFPs are detected with high resolution through powder method, and their second‐ and third‐level substructures are clearly identified. The method is validated for LFPs visualization on various substrates, and aged (7, 15, and 30 d) LFPs can also be successfully stained with N,S‐SFCD. The results demonstrate that the N,S‐SFCD as a developer has great potential in LFPs imaging for forensic investigations.     

Facile Synthesis of Mg2+‐Doped Carbon Dots as Novel Biomaterial Inducing Cell Osteoblastic Differentiation

Carbon dots (CDs), as an emerging fluorescent nanomaterial with low toxicity, has been widely applied in various bio‐related fields. However, investigations on their capabilities in guiding osteogenic differentiation are rarely seen, which has great significance in osteoporosis therapy and bone regeneration. Herein, for the first time, a new kind of Mg²⁺‐doped CDs is facilely synthesized through a one‐step hydrothermal method from metal gluconate salts. The CDs can serve as nanocarrier of Mg²⁺ ions entering into cells, and the bioessential metal ions subsequently stimulate osteoblastic differentiation by improving alkaline phosphatase (ALP) activity and upregulation related mRNA expression. Noteworthy, the raw material has almost negligible performance on osteoblastic differentiation compared to Mg‐CDs, which is due to the ultrasmall sizes of CDs and the efficient uptake by cells. Moreover, benefitting from the fluorescence properties, Mg‐CDs can also be applied as cell labeling agents. This work proposes a new strategy to synthesize multifunctional metal ion‐doped CDs, which might had great potential in serving as promising nanodrugs for bone loss therapy.     

以醇溶剂为碳源制备碳点的荧光性能

以乙二醇和丙三醇为碳源,用一元醇（异丙醇和乙醇）为对比,通过溶剂热法制备得到碳点。通过傅里叶红外光谱、紫外-可见吸收光谱和激发光谱对所制得的碳点进行表征和分析,探讨了不同碳源对碳点的表面官能团、荧光性能等的影响,从而分析其荧光的发光机理。结果表明：乙二醇与丙三醇制备的碳点含有C=C键和C=O键,均在365 nm光激发后在450 nm处有荧光峰;而一元醇是由C-OH基团中的孤对电子产生荧光,碳源分子中羟基含量对碳点的荧光性能有很大影响,羟基含量越高,越容易形成双键结构。     

溶剂热法合成橙-绿双波段荧光碳点

荧光碳点具有激发波长依赖的独特性质,有望基于此制备检测溶液pH值的荧光探针。以柠檬酸和尿素为原料、N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用一步溶剂热法在200℃下保温12 h制备了一种新型的具有橙-绿双波段荧光发射性能的水溶性碳点。采用透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等方法对荧光碳点的组成和形貌进行了表征,还通过荧光发射光谱和紫外-可见吸收光谱对其光学性能进行了研究。结果表明,制备的碳点粒径为2.7～4.3 nm,表面带有大量含氧官能团,具有良好的水分散性。在440 nm和540 nm波长光激发下分别呈现绿色(500 nm)和橙色(590 nm)双波段荧光发射。合成的荧光碳点发光性能对pH值具有敏感性:在强碱性溶液中,590 nm的荧光强度比水溶液中提高了6.71倍,同时吸收峰的蓝移使得自然光下其溶液颜色发生了明显改变,具有强碱性指示剂的作用;在pH值为2～6的酸性溶液中,500 nm与590 nm发光峰强度比与pH值之间呈现良好的线性关系,展现了作为pH值比率荧光探针的应用潜力。     

生物质焦油制备的碳量子点

利用生物质热解副产物焦油为碳前驱体,采用反相微乳液法和P_2O_5碳化法制备了荧光碳量子点。反相微乳液法制备的碳量子点为规则球状结构,粒径均一,平均粒度为4.3 nm,晶面间距为0.25 nm,对应于石墨碳的(100)晶面;P_2O_5碳化法制备的碳量子点为蜂窝状结构,平均粒径为6.8 nm,晶面间距为0.33 nm,对应于石墨碳的(002)晶面。两种方法制备的碳量子点均具备石墨结构特征,碳量子点荧光产率分别为85.3%和24.3%。     

Microwave‐Assisted Synthesis of Biocompatible Silk Fibroin‐Based Carbon Quantum Dots

A biocompatible silk fibroin‐based carbon quantum dot (SF‐CQD) is first synthesized under microwave irradiation for a short time. This fast and environmentally safe technique produce well‐defined nanosized SF‐CQDs. The SF‐CQDs have good crystallinity, a strong emission peak in the blue‐color region, high quantum yield, and the potential for modification with various functional groups on the surface. These SF‐CQDs demonstrate stable emission, good water dispersity, low toxicity, and good biocompatibility. These properties show the great potential of these SF‐CQDs for use in biomedical applications including bioimaging, biosensing, and drug delivery systems.     

Ba2+离子掺杂CsPbBr3蓝光量子点合成及其光学性能

近年来,全无机卤素钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)因其荧光带宽窄、带隙可调、合成工艺简单以及荧光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)高等优点而被应用于光电器件领域.但相比于PLQY接近于100％的红光与绿光CsPbX3量子点,PLQY低于10％的蓝光量子点光学性能...     

Stable Fluorescence of Green‐Emitting Carbon Nanodots as a Potential Nanothermometer in Biological Media

Temperature measurement in biology and medical diagnostics is of great importance. Herein, a novel carbon nanodot (CND) based fluorescent nanothermometry device for spatially resolved temperature measurements is demonstrated. The fluorescence CNDs are prepared by a simple one‐pot solvothermal method using sucrose as carbon source. Resultant CNDs show stable green fluorescence at 520 nm with high quantum yield (≈6%). The fluorescence of resultant CNDs exhibits a reversible linear response to temperature in a wide range of 20–85 °C. Moreover, the temperature resolution better than 0.5 °C and high sensitive variation of ≈1.3% °C^?1 are observed in a broad physiological temperature range of 20–40 °C. Therefore, the as‐prepared CNDs possess high water solubility, stable fluorescence, small size, and good biocompatibility, which make them promising candidate for thermometry and cell imaging in biological media.     

新型非贵金属碳材料的开发及其氧还原性能研究

高效碳基非贵金属氧还原催化剂的开发是燃料电池突破高成本壁垒,实现商业化应用的关键.本文以金属有机框架为前驱体,采用简易的硫化-烧结处理工艺设计获得了一种新型钻/氮掺杂的多孔碳材料.通过对制备工艺进行优化,提高了材料的氧还原催化活性,分析获得了材料的微观结构与氧还原性能之间的相互影响规律,为非贵金属催化剂的开发提供了参考...