晶相对碳点多色发光的调制及其在白光发光二极管器件中的应用

报道了一种以邻苯二甲酸前体结晶作为基质包覆碳点制备固态荧光材料的方法。通过改变溶剂,微波合成分别发射蓝色和绿色荧光的晶态碳点。详细的结构和光谱表征后发现,在形成碳点的同时,由邻苯二甲酸前体结晶在碳点的周围生长了晶态基质,该基质对碳点的分散作用有效阻断了碳点的聚集,从而阻止了碳点荧光猝灭的发生。并且,晶态基质结构的变化导致了碳点碳核和基质界面处吡啶氮类基团增多,从而致使该碳点发光颜色变化。鉴于其优异的发光性能,所制备晶态碳点用于封装白光发光二极管器件(WLED)。通过与商用荧光粉相结合,蓝色光碳点封装的WLED在色度坐标为(0.37,0.36)时获得了相关色温4 061 K、显色指数88.4的暖白光。而绿色光碳点封装的WLED在色度坐标为(0.36,0.34)时获得了相关色温44 678 K、显色指数85的暖白光。优异的光度学参数赋予这些荧光纳米材料在光电领域潜在的应用价值。     

抗聚集诱导荧光猝灭的固态发光碳纳米点:制备、光物理性质及应用

碳点由于其低毒性、易制备、良好的光稳定性及可调的发光等特性有望成为一类理想的新型固态发光材料。然而,由于聚集诱导荧光猝灭(ACQ)效应的存在,使得碳点在固态发光领域的发展受到了限制,因此制备具有抗ACQ效应的固态发光碳点是碳点研究领域的一个重要方向。本文根据固态发光碳点研究的最新进展,从碳核、表面态调控、超分子及聚合物交联增强发光方面分类总结了具有抗ACQ效应固态发光碳点的制备方法及光物理性质,探讨了其实现固态发光的物理机制。此外,还介绍了该类碳点在固态发光领域的应用进展,并对固态发光碳点的发展现状和所面临的问题进行了讨论。     

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。     

利用L-半胱氨酸修饰的碳量子点作为荧光探针检测甘氨酸

甘氨酸是结构最为简单的氨基酸,以其为基石可以演变成各种复杂的人体所需的氨基酸,其本身不具有荧光特性。本文以柠檬酸为碳源,利用L-半胱氨酸作为修饰剂,合成了新的高荧光产率的碳量子点。经实验分析发现,合成的碳量子点的荧光能够被Pd(Ⅱ)显著猝灭,有趣的是,若在猝灭体系中加入适量的不具荧光特性的甘氨酸,可使猝灭的荧光恢复。基于碳量子点这种荧光"开-关"的模式,建立起一种快捷检测甘氨酸的新方法。在最优实验条件下,CDs-Pd(Ⅱ)体系检测甘氨酸的线性范围为9.0×10~(-7)~1.2×10~(-5)mol·L~(-1),检出限为1.1×10~(-7) mol·L~(-1)。     

全彩色碳量子点的制备及其在WLED上的应用

荧光碳量子点是一种新型的、有前途的光致发光纳米材料。由于其多样的理化性质和独特的光学特性,低成本、生态友好、丰富的功能基团等优势,在生物成像、光电器件、光催化、离子检测、靶向药物输运等领域有广阔的应用前景。发光二极管(LED)多年来一直是学术研究的热点,广泛应用于液晶显示、全彩显示和日常照明设备中。许多荧光材料已经被应用于LED的研制;纳米荧光碳量子点因其具有荧光发射波长可调、发光性能稳定、环境友好、原材料丰富、成本低廉等优点在光电器件方面有着极大的应用前景。但目前碳量子点的可控制备依然是个挑战,大多数碳量子点的荧光发射波长主要集中在蓝、绿光波段,且量子产率偏低,限制了碳量子点在该领域的发展。因此,合成覆盖全光谱的荧光碳量子点并简单分析其发光机理可以极大地推动碳量子点在白光LED领域的应用。以柠檬酸三胺为前驱体,以多种低毒、廉价的酸试剂为修饰剂,采用一步溶剂热法成功制备了全色荧光碳量子点,并用荧光光谱仪、透射电镜、 X射线衍射仪、拉曼光谱仪、 X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪对制备的碳量子点进行了表征分析。结果表明,所制备的碳量子点尺寸均匀,分散性好,发射...     

生物质碳量子点的绿色制备及对Cu2+的检测

向日葵作为我国主要的油料作物之一,其秸秆是天然的纤维素材料,具有绿色无毒,成本低廉的优势,是制备生物质碳量子点的理想材料之一。近年来,由于含铜农药和化学肥料的不规范使用,大量含铜污染物被排放导致农田土壤和水环境中的铜含量远高于环境背景值。因此,迫切需要开发出一种选择性好、灵敏性强且对环境友好的Cu²⁺检测方法。碳量子点(CDs)是一种粒径小于10 nm的准球形荧光碳纳米材料,因其表面含有丰富的极性官能团,具有良好的水溶性而被广泛研究。与传统的半导体量子点(CdSe, CdTe)相比,CDs具有合成原料广泛、生物相容性好等优点。主要应用于生物成像、光催化、光电转化以及传感检测等领域。然而目前用于碳化合成CDs的前驱体大多为昂贵的化学品,且合成过程复杂污染环境,限制了CDs的大规模生产与应用。开发出一种生态友好,简单、廉价的CDs合成方法是很有意义的。本研究以废弃的向日葵秸秆为碳源,采用简便的水热法合成生物质碳量子点(S-CDs)作为荧光探针,用于检测识别Cu²⁺。通过对S-CDs的一系列光学性质分析与表征,鉴定出其表面官能团主要包括O—H, N...     

壳聚糖基聚合物碳点荧光材料合成及其自组装载药应用（英文）

荧光碳点具有化学稳定性好、毒性小、可表面功能化等优点,引起了人们极大的兴趣。近年来,由高分子多糖合成的聚合物碳点成为另一研究热点。本文通过水热法合成了一种壳聚糖基荧光聚合物碳点材料(P(CS-g-m PEG-CA)CDs),并用于载药研究。基于壳聚糖和聚乙二醇既是碳点的碳源也是碳点的钝化试剂,本文选择壳聚糖接枝聚乙二醇单甲醚和柠檬酸衍生物作为聚合物碳点的碳源,以提高聚合碳点的量子产率。另外,聚合物碳点还可以保留聚乙二醇与壳聚糖分子结构,为其在载药方面的应用提供有利条件。采用红外光谱、紫外光谱、X射线衍射、光电子能谱、透射电子显微镜和光致发光光谱对P(CS-g-m PEG-CA)CDs进行了结构表征以及p H值稳定性的测试。结果表明,所合成的P(CS-g-m PEG-CA)CDs具有较高的荧光量子产率(66.81%)、较长的荧光寿命(15.247 ns)、良好的p H稳定性。以阿霉素为模型药物,利用该聚合物碳点进行了负载研究,结果表明,当聚乙二醇单甲醚取代度为11.9%时,聚合物碳点的载药量最高为51.3%,最大药物释放率为28.7%,此外,药物的装载和释放可以通过m PEG的接枝率进行控制。采用MTT法评价了聚合物的碳点对鼻咽癌细胞(CNE-2)的毒性作用。研究表明,空白聚合物碳点无明显细胞毒性,CNE-2细胞存活率随着载药胶束的增加而降低,说明载药胶束对CNE-2细胞有较强的抑制作用。可见该P(CS-g-m PEG-CA)CDs在荧光标记、药物递送、荧光示踪系统和控制释放方面,具有一定的应用前景。     

2019年5期 电子期刊

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。     

发光碳纳米点的带隙调控及应用

碳点作为一种新型的碳基荧光纳米粒子由于其可调谐发光、高光稳定性、生物相容性和低成本等独特优势而引起了很多关注。在过去的十几年中,碳点的制备和应用取得了巨大进展。然而,由于前体和合成方法的多样性,碳点的光致发光机理具有很大争议。现在人们普遍认为,碳点的光致发光源于电子在带隙的跃迁,并将荧光起源分别归结为碳核跃迁(π-π~*)、表面态跃迁(n-π~*)以及分子荧光团等。本文总结了碳点发光起源的几种可能和机制,分别讨论了通过调控碳点粒径以及进行表面工程处理的方法来实现碳纳米点带隙可调控的高效发光。介绍了通过表面工程、元素掺杂等手段提升碳纳米点光致发光量子产率及其在光电器件、信息存储、生物成像、光热治疗以及光动力治疗中的应用。     

荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展

碳量子点是一类具有优异的荧光性能和高生物相容性的纳米材料,在很多领域有广泛的应用,是目前研究的热点材料。本文介绍了碳量子点不同的合成方法,以及碳量子点的荧光、化学发光、电化学发光、类过氧化物酶的活性及毒性等性能的最新研究进展。此外,还对碳量子点在生物传感、生物成像及药物传递等生物医学应用进行了概述。     

氧化锌量子点和碳量子点及其复合物的制备与发光性能的研究

采用溶胶凝胶方法和水热法制备了水溶性荧光氧化锌量子点(Zn O-QDs)和碳量子点(C-QDs),其量子效率分别达到38%和61%。基于所合成的Zn O-QDs和C-QDs制备了氧化锌和碳量子点复合物(Zn O/CQDs),并分别对其发光特性进行了研究。透射电镜(TEM)图像表明,所合成的Zn O-QDs和碳量子点尺寸分布在3~6 nm之间,分散均匀。光致发光光谱表明,Zn O-QDs和碳量子点的发光峰中心分别位于540 nm和450 nm,两者发光峰的最佳激发波长为370 nm和350 nm。通过调整Zn O-QDs和C-QDs的体积比,所制备的Zn O/C-QDs能够实现荧光光谱的连续可调,并产生了白色荧光。     

单激发双发射近红外荧光碳量子点制备、荧光性能与细胞成像

探索合成方法简单的近红外比率荧光探针具有重要意义。本文以高山榕树叶为碳源,乙醇、丙酮为提取剂,采用溶剂热法于200℃高压反应釜中反应10 h,一步合成具有近红外双发射荧光特性的碳量子点(CDs)。透射电镜(TEM)表明合成的CDs分散性好、平均尺寸约为4.70 nm,晶格常数为0.32 nm。X射线衍射(XRD)结果显示该碳点在2θ=22°附近有一个较宽的衍射峰,表明该CDs为sp~2杂化的无定形碳。傅里叶红外光谱(FT-IR)显示其含有氨基、羰基、醇羟基和甲基。荧光光谱表明,最大激发波长410 nm,最大发射波长为466 nm和676 nm。以硫酸奎宁做参比测得荧光量子产率为26.31%。实验还探讨了CDs的酸碱、光学、抗盐和金属离子的稳定性以及细胞成像效果。以上结果表明,该碳点具有原料廉价易得、制作简便、对酸碱稳定、抗光漂白性良好等优点,具有良好的光学成像应用前景。     

以固态法一步合成的荧光碳点为探针测定人体尿液中阿霉素

以柠檬酸和尿素为碳源和氮源,采用固态法一步合成出量子产率高达23%的荧光碳点。表征结果表明,所合成的荧光碳点为平均粒径为3~4 nm的球形,表面富含羟基、羧基和胺基等基团。此外,碳点的XRD谱图显示出无定型碳的特征峰。以所制备的碳点为荧光探针,基于碳点和阿霉素之间的共振能量转移而猝灭碳点的荧光,建立了阿霉素定量分析新方法。实验中考察了溶液的pH值和孵化时间的影响。在最佳实验条件下,阿霉素浓度在0.67~16.67 μg·mL-1范围之间与碳点的荧光猝灭值ΔF呈良好的线性关系(R2=0.995),检出限为0.22 μg·mL-1,回收率为83.0%～89.2%,相对标准偏差小于2.5%(n=5)。尿样中常见物质对测定干扰较小,显示出所建立的方法具有较好的选择性。     

一锅煮串联合成方法在荧光碳点识别基团调控中的研究（英文）

二氨基脲嘧啶作为前驱体,经两步串联反应制备了两种具有不同配体结构的荧光碳点(CDs)。X射线光电子能谱与红外光谱分析揭示了两种碳点的配体结构特征。第一步所得的碳点(CD_(HB))具有尿嘧啶结构典型的氢键给体—NH和受体—C=O基团特征。发射光谱表现出具浓度依赖性的波长红移特点,同时该碳点对银和汞离子具有很强的亲和特性。第二阶段在碱性水解条件下,CD_(HB)尿嘧啶配体易于转化为氨基和羧基等水溶性基团。该碳点(CD_(ZW))在水相中没有任何聚集行为,也没有发射波长浓度依赖特性。同时,作为荧光传感器,CD_(ZW)显示对金属镍离子具有特异性荧光猝灭。总之,可调控的结构特征与传感特性验证了一锅串联反应合成碳点的有效性,为碳点的可控合成提供了新的合成范式。     

基于Schiff碱反应的新型碳量子点制备及其影响因素研究

通过简便水热合成方法,以戊二醛(GA)与3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的Schiff碱反应制备了新型碳量子点。该碳量子点为直径2~7 nm的球体,激发波长为350 nm时,最大发射峰位于400 nm,量子产率为13.6%。实验表明,碳量子点的最佳制备条件是APTMS与GA的量比为1∶2,在180℃下加热8 h。碳量子点在p H=6.0磷酸缓冲液中的荧光强度最大,且荧光强度随测定温度(273~303 K)的升高而降低。     

基于一步水热合成荧光碳点的水样中亚硝酸根离子的检测研究

碳基荧光纳米点是一类新型的碳纳米材料,由于具有低毒性、生物兼容性优异、成本低、原料丰富等特点,而被广泛的应用于生物标记、荧光分析、防伪等多方面并具有巨大的应用前景。亚硝酸盐可导致人类高铁血红蛋白血症,有潜在的致癌性。通过盐酸多巴胺、邻苯二胺为原料一步水热法制备,提纯分离后得到目标产物——荧光发射波长为535 nm的黄绿色碳点。实验结果表明,该碳点溶液对亚硝酸根离子具有特异性响应,碳点的荧光被turn-off,检测范围为0～12μg·mL^-1,检出限为0.116 6μg·mL^-1(S/N=3,n=3)。此外,通过三种水样加标实验,回收率在93.9%～97.2%之间(RSD范围为0.03%～0.29%,n=3)。该荧光碳点合成方法快速简便,在污染物检测尤其是有毒亚硝酸盐污染物检测中有着较大的应用潜力,可作为水源地监测的重要补充手段。     

量子点CdSe/CdS-微囊藻毒素-LR抗体生物共轭体测定环境水样中的微囊藻毒素-LR

建立了一种基于CdSe/CdS量子点(QDs)标记技术测定微囊藻毒素-LR(MC-LR)的方法。MC-LR抗体经1-乙基-3(3-二甲基胺基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)活化,与经巯基乙酸修饰的CdSe/CdS量子点进行共价连接,获得的QDs生物共轭体在待测物MC-LR的作用下发生荧光猝灭现象,荧光猝灭程度与MC-LR的浓度呈线性关系。该方法操作简单、检测速度快、检出限低达6.9×10~(-11)mol/L。     

基于明胶制备碳量子点及其光学性能的研究

通过水热法采用热解明胶制备出有蓝色荧光的碳量子点,并通过单因素优化实验对制备碳量子点的温度、时间进行优化以选择出制备碳量子点的最佳条件,结果表明在水热反应温度为200 ℃,反应时间为6 h时制备的碳量子点的荧光性能最强。同时,利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Ｘ射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV)及荧光光谱(PL)等手段对最佳条件下制备的碳量子点进行测试与表征,结果表明,该方法制备的碳量子点量子产率为39.4%,与不掺杂的碳量子点相比其量子产率相对较高,这可能是因为有N元素的存在使得量子产率有所提高;所制备的碳量子点不仅具有丰富的含氧官能团而且抗光漂白性能良好,形态主要是均匀分散的球形,没有明显的晶格条纹,这与相关文献报道的碳量子点的形态相一致,其在250～300 nm有较弱的吸收,但无明显的特征吸收峰,这可能是由于C=O基团的n-π*跃迁引起的;此外,还讨论了氙灯照射时间、pH、碳量子点浓度、不同类型溶剂及离子强度等因素对碳量子点荧光性能的影响,研究结果表明,氙灯照射时间及离子强度对碳量子点荧光性能几乎无影响,在过酸或过碱的条件下其荧光强度相对较弱,原因可能是在过酸或过碱的条件下发生质子化或非质子化的作用导致其荧光强度减弱;且碳量子点溶液随着其浓度的增加,荧光强度先增加后减小;而对于溶剂类型而言,其在极性溶剂中的荧光强度大于其在非极性溶剂中的荧光强度,说明该方法制备的碳量子点具有良好的水溶性。     

氮掺杂高量子产率荧光碳点的制备及其体外生物成像研究

为获得高量子产率的碳点,以柠檬酸为碳源,苯二胺的3种同分异构体为氮源,采用两步溶剂热法制备了氮掺杂荧光碳点。利用透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,并考察了碳点的细胞毒性和体外生物成像。实验结果表明:3种高量子产率碳点(Y=52%,60.4%,53.2%)的粒径均一,具有较好的分散性,平均尺寸分别为4.5,5.3,5.2 nm。碳点表面含有羟基、羧基、胺基等基团,在紫外光激发下均能发出明亮的蓝色荧光,并具有稳定的荧光性能。细胞实验表明:3种碳点具有较好的生物相容性,能够快速进入细胞并成功应用于细胞的荧光成像。     

基于氮掺杂碳量子点/DNA自组装纳米探针检测鱼精蛋白

将柠檬酸置于单乙醇胺中,通过简单加热实现快速、大规模的合成氮掺杂荧光碳点。所得氮掺杂碳量子点被370 nm 的光激发后在458 nm 处有较强的荧光发射,最大吸收波长为365.085 nm。脱氧核糖核苷酸能增强该碳量子点的荧光且具有相关线性关系,因而制备了氮掺杂碳点与脱氧核糖核苷酸的杂交纳米复合物（纳米探针）,并首次用于检测鱼精蛋白。在实验条件最佳情况下,该方法简便、选择性好,该分析方法的线性检测范围为1~10 μg·mL^-1,检出限可达0.61 μg·mL^-1。