碳量子點簡介

1、會計學1碳量子點簡介碳量子點簡介主要內(nèi)容碳量子點研究簡史碳量子點（CQDs）是以粒徑小于10nm的碳質(zhì)骨架和表面基團構成的熒光納米材料。碳量子點具有毒性小、生物相容性好、發(fā)光波長可調(diào)、易于功能化等突出優(yōu)勢而備受關注CQD具有的優(yōu)勢：1.快速的光生電子傳遞2.電子儲存性能3.良好的上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光能力目前為止，在生物成像、熒光傳感、有機光伏、發(fā)光二極管和催化領域表現(xiàn)出了潛在的應用價值。碳量子點（CQDs）Biosensors and Bioelectronics 81 (2016) 143150上轉(zhuǎn)換發(fā)光，即:反-斯托克斯發(fā)光(Anti-Stokes)，由斯托克斯定律而來。斯托克斯定律認為材料只能

2、受到高能量的光激發(fā)，發(fā)出低能量的光，換句話說，就是波長短的頻率高的激發(fā)出波長長的頻率低的光。比如紫外線激發(fā)發(fā)出可見光，或者藍光激發(fā)出黃色光，或者可見光激發(fā)出紅外線。但是后來人們發(fā)現(xiàn)，其實有些材料可以實現(xiàn)與上述定律正好相反的發(fā)光效果，于是我們稱其為反斯托克斯發(fā)光，又稱上轉(zhuǎn)換發(fā)光。碳量子點的基本性質(zhì)但是，針對CQDs自身較弱的電子傳輸性能這一制約其發(fā)展的關鍵性因素，研究人員立足于碳前驅(qū)體源頭創(chuàng)新，圍繞CQDs的可控構筑、電子傳輸及光催化有機物制備機理等開展了系統(tǒng)深入的研究CQDs良好的上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光能力為全譜太陽光的應用提供了新的思路及方向碳量子點結構示意圖碳量子點制備方法自上而下法主要是通過物理

3、或化學方法將大尺寸的碳前驅(qū)體（如石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維以及碳黑等）切割成小尺寸的碳量子點，主要包括電弧放電、激光刻蝕、電化學氧化、化學氧化和水熱法等。自下而上法是以小分子作為前驅(qū)體，通過一系列化學反應得到尺寸更大的碳量子點，主要包括熱解法、微波法、燃燒法以及溶液化學法等碳量子點的化學修飾不同溫度下制備的氨基化碳量子點水溶液氨基化碳量子點CQDs和N-CQDs的透射電鏡照片（a）和（b）和尺寸分布圖（c）和（d）CQDs和N-CQDs的光致發(fā)光譜和在自然光以及紫外燈下的照片（左邊是CQDs溶液，右邊是N-CQDs點溶液。碳量子點氨基化示意圖通過改變反應溫度、氮源和氮源加入順序研究了氨基化

4、過程中影響碳量子點發(fā)光的因素，確定出了獲得高發(fā)光強度的氨基化碳量子點的最佳反應條件Adv Mater, 2012, 24:4569-4573.Phys Chem Chem Phys, 2012, 14:7360-7366.Chem.Soc.Rev.,2015,44, 362-381基團改性碳量子點對碳量子點性能影響的機理表面基團影響碳量子點帶隙彎曲情況示意圖電子受體修飾，產(chǎn)生負電場，能帶向上彎曲，反之，向下。ACS Appl. Mater. Interfaces2015, 7, 83638376一般認為尺寸、結構和表面態(tài)均會影響碳量子點的性能，但是越來越多的研究表明，在一定尺寸和特定的合成條件

5、下，表面基團是影響碳量子點性能的關鍵因素。目前關于表面基團對碳量子點性能的影響還沒有系統(tǒng)的認識和研究，所以通過制備表面含有不同基團的碳量子點，較為系統(tǒng)的研究其對碳量子點性能的影響對碳量子點的廣泛應用具有極高的科研價值?；谔剂孔狱c的復合物Au/CQDsAu/CQDs的TEM及HRTEMAu/CQDs復合物可以將63.8%的環(huán)己烷轉(zhuǎn)換為環(huán)己酮，并且在H2O2存在下對兩者的分離高達99.9%H2O2與環(huán)己烷的摩爾比不同時，其轉(zhuǎn)化和分離效率也不同Au/CQDs對環(huán)己烷有高的轉(zhuǎn)化和分離效率是由于：1.Au粒子的SPR效應增強了可見光吸收2.H2O2的存在促進了HO的產(chǎn)生及數(shù)量3.CQDs和AuNPs在

6、可見光下的相互作用ACS Catal.2014, 4, 328336ZnO/CQDs可見及近紅外光下激發(fā)CQDs的上轉(zhuǎn)換光譜圖中可以看到當可見及近紅外光激發(fā)CQDs時可以得到紫外及可見光，例如當?shù)陀?00nm的可見光激發(fā)時可以得到紫外光使ZnO催化效率提高。ZnO/CQDs的TEM及HRTEM上轉(zhuǎn)換作用Journal of Environmental Chemical Engineering 4 (2016) 11481155CQDs/Ag3PO41.CQDs可以作為電子供體和受體，光催化降解過程中電子很容易的傳遞到Ag3PO4表面，同時多余的電子可以傳遞到CQDs，避免光腐蝕，提高了催化劑的

7、穩(wěn)定性2.CQDs可以吸收可見光利用上轉(zhuǎn)換作用轉(zhuǎn)換為短波長(300to530nm)光，進而激發(fā)Ag3PO4產(chǎn)生光生電荷發(fā)生光催化作用。如此CQDs/Ag3PO4可以利用太陽光全譜提高催化效率。3.CQDs可以捕獲Ag3PO4產(chǎn)生的電子，促進光生電子-空穴的分離，同時CQDs表面的電子可以與O2復合生成O2-發(fā)生催化作用。CQDs/Ag3PO4的SEM及HRTEM熒光光致發(fā)光光譜J. Mater. Chem., 2012, 22, 10501CQDs/CuSx的SEM及HRTEMCQDs/BiOCl的SEM及TEMg-C3N4/CQDs的TEM及HRTEMNanoscale,2015,7, 11

8、32111327Applied Catalysis B: Environmental 181 (2016) 260269Applied Surface Science. /10.1016/j.apsusc.現(xiàn)以基于半導體納米材料及其復合材料的傳感器為例來說明光電化學傳感器的工作原理。當受到能量大于或等于禁帶寬度的光照射時，半導體吸收相應能量的光子，產(chǎn)生電子-空穴對（e-h+）。所產(chǎn)生的這個光生電子和空穴，一種可能是再復合（圖1A中的Kr過程），另一種可能是導帶上的電子轉(zhuǎn)移到外電路（圖1A中的Ke過程）或者溶液中的電子受體上（圖1A中的Kc過程），從而產(chǎn)生光電流，如1A。如果導帶上

9、的電子轉(zhuǎn)移到電極上,而同時溶液中的電子供體又轉(zhuǎn)移電子到價帶的空穴上,則產(chǎn)生陽極光電流，如圖1B(a)；相反，如果導帶上的電子轉(zhuǎn)移到溶液中的電子受體上，同時電極上的電子轉(zhuǎn)移到價帶的空穴上，則產(chǎn)生陰極光電流，如圖1B(b)。然后使光生電子或空穴參與有效信號產(chǎn)生的過程。Angew.Chem. Int. Ed. 2015, 54,6540 6544J. Phys. Chem. C2015, 119, 29562962Nanoscale Research Letters (2016) 11:60 Applied Catalysis B: Environmental 189 (2016) 2638碳量子點

10、具有獨特的光電效應，可以將光能轉(zhuǎn)化成電能或化學能，且量子點制備方法簡單，成本低廉，使得量子點在光電化學領域得到廣泛的應用。但是由于其自身復合率高，光電活性不穩(wěn)定，光生e-h+的壽命并不長，光電轉(zhuǎn)化效率并不高等原因限制其在光催化發(fā)面的應用，通過將碳量子點與其他物質(zhì)復合等途徑降低電子與空穴的自身復合率，并結合光電化學傳感器的原理及光催化降解或制氫使其在光電催化領域有更廣闊的應用前景?？偨Y碳量子點（CQDs）是以粒徑小于10nm的碳質(zhì)骨架和表面基團構成的熒光納米材料。碳量子點具有毒性小、生物相容性好、發(fā)光波長可調(diào)、易于功能化等突出優(yōu)勢而備受關注CQD具有的優(yōu)勢：1.快速的光生電子傳遞2.電子儲存性能

11、3.良好的上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光能力目前為止，在生物成像、熒光傳感、有機光伏、發(fā)光二極管和催化領域表現(xiàn)出了潛在的應用價值。碳量子點（CQDs）Biosensors and Bioelectronics 81 (2016) 143150氨基化碳量子點CQDs和N-CQDs的透射電鏡照片（a）和（b）和尺寸分布圖（c）和（d）CQDs和N-CQDs的光致發(fā)光譜和在自然光以及紫外燈下的照片（左邊是CQDs溶液，右邊是N-CQDs點溶液。碳量子點氨基化示意圖通過改變反應溫度、氮源和氮源加入順序研究了氨基化過程中影響碳量子點發(fā)光的因素，確定出了獲得高發(fā)光強度的氨基化碳量子點的最佳反應條件Adv Mater, 2012, 24:4569-