创新实验-碳量子点在化学发光上的应用

碳量子点的合成及其在化学发光和流动注射上的应用

［摘要］

碳量子点是一种新型的超小碳纳米颗粒，具有优异的化学性质，低的毒性，良好的生物兼容性和廉价的制备成本等特点。在本文中，我们重点关注碳量子点的合成和其在化学发光结合流动注射上在分析化学方面的应用。 ［关键词］

碳量子点 化学发光 合成

一．合成

碳量子点（CQD）的合成方法包括两类：化学法和物理法 化学法包括：电化学法、氧化法、微波法和模版法等 物理方法：电弧放电法、激光烧蚀法等 1. 化学法

1.1 电化学法

在电化学池中，以碳纸上通过化学气相沉积法（CVD）制得多壁碳纳米管（MWCNTs）作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgClO4作为参比电极，含0.1mol/L四丁基高氯酸铵的乙腈容易作为电解液（实验前先除氯），在-2.0~+2.0V之间循环施加扫描为0.5V/s的电势，可以观察到溶液由无色变为黄色，最后再变为深棕色。这表明C-dots从MWCNTs上剥离下来，并且在溶液中的量越来越多。然后蒸发掉乙腈，将得到含有C-dots的固体重新分散在水中，通过透析的方式除去残留的电解质盐，得到粒径在（2.8±0.5）nm的C-dots。

1.2 其他方法

Liu等使用燃烧蜡烛烟煤的方法制备了量子产率为2.0%的C-dots；Bourlinos等通过热解不同的柠檬酸铵盐来合成C-dots，其中柠檬酸作为碳源；Peng等报道了一种简单的水溶液法来合成C-dots，采用糖类作为碳源，先将糖类通过浓硫酸脱水制得含碳的前提，再使用硝酸将这些含碳的前体破裂成单个的碳粒子，最后用氨基端基德化合物来对碳粒子进行钝化得到发光的C-dots，该法可以省略合成含碳前体这一步，合成的C-dots产率达12.6%；Wang等报道了一种一步法合成油溶性高荧光的C-dots，该法在热非配位溶剂中通过碳化碳前体得到C-dots，制得的C-dots产率达53%，并且该法可以通过改变反应溶剂和配位稳定剂来合成水溶性的C-dots，量子产率可达到17%。 2. 物理法

通过对石墨粉的悬浮液（聚乙烯乙二醇，PEG，作为溶剂）进行聚焦激光辐射得到C-dots。具体是使用一个脉冲的Nd：YAG激光来辐射石墨或者碳黑的水合二胺，二乙胺或者PEG200N的分散液2h，并且使用超声来辅助合成的纳米粒子分散。在激光辐射之后，采用离心的方法沉淀剩余的碳粉末部分，而C-dots则分散在上层溶液中，制得的C-dots平均尺寸为3nm，晶格间距0.20~0.30nm之间。

二．发光性质

C-dots通常在UV区域内表现出强的光学吸收，并且该吸收还延伸至可见光谱区。电化学氧化MWCNTs制得的C-dots270nm处有强吸收峰，由活性炭经一步超声法合成的C-dots在250~300nm区域有吸收峰，有机硅烷作为配位剂合成的高发光C-dots在360nm处有1个吸收峰。

无论从基础研究的角度还是从实际应用的角度考虑，尺寸相关的光发光性质均是C-dots一个非常重要的性质。目前，关于C-dots的发光机理并没有彻底地研究清楚，辐射的激子

重组被认为是一种可能的机理。Peng等认为，C-dots在钝化后发光强度增强，是因为钝化稳定了C-dots表面的能量间隙，使他们可以被激发。

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