碳量子点的合成与应用_精品文档.pdf
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$*闽南师范大学化学与环境学院!
漳州+#*漳州职业技术学院食品与生物工程系!
漳州+#*厦门大学化学与化工学院!
厦门+$#%#摘!
要!
近年来由于碳纳米材料具有高的催化活性以及好的稳定性等优点其在科学$工程以及商业领域都得到了广泛的应用%其中新型&零维碳纳米材料(碳量子点!
N/.J93896:
Q=:
#具有荧光信号稳定$无光闪烁$激发波长和发射波长可调控等独特的光学性质以及生物毒性小和生物相容性好等优势逐渐成为碳纳米材料的研究热点广泛应用于生物成像$生物细胞标记$传感器$光催化$太阳能电池以及发光元件等领域%本文主要综述了Q=:
的不同合成方法!
包括自上而下法和自下而上法#及其应用%关键词!
碳量子点!
合成方法!
应用中图分类号!
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文献标识码!
文章编号!
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国家质检总局科技计划项目#D9*#$g#%$*福建省质量技术监督局科技项目#D9*#_$,_$*福建省高校产学合作科技重大项目#D9*#$+#+$*福建省自然科学基金项目#D9*#$=$+$*福建省教育厅科技项目#D9*kY$,$B#$资助F12H9.IH/:
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引言纳米材料因其独特的物理化学和光学特性已成为材料科学领域的研究热点)其中碳纳米材料成为绿色纳米技术中最具有研究活力和发展潜力的一类纳米材料)碳纳米材料形态多样且具备优异的导电性*良好的生物相容性*稳定的化学性能和大的比表面积等优势在纳米电子学*光学*催化化学*生物医学以及传感器等领域中得到广泛应用$(,()目前零维的富勒烯*一维的碳纳米管和二维的石墨稀在材料科学*生命科学和传感器等领域已经取得很大的进展然而它们并不是有效的光学发射体#尤其在可见光区内$这在很大程度上限制了其更为广泛的应用%(&()作为新型的+零维,碳纳米材料碳量子点#N/.J93896:
Q=:
$不仅具有类似于传统量子点的发光性能与小尺寸特性而且还具有水溶性好*生物毒性低和导电性好的优势使其在生物成像*生物标记*传感器*光催化*发光二极管等领域受到极大关注)目前国内外学者已经发表了一些关于Q=:
的研究进展!
相比于aG等+(在#$年发表的综述本文对Q=:
的最新研究进行了进一步的总结%bG/9等B(对于Q=:
的应用仅仅局限于生物方面%aG7等_(和/3等$#(之前对Q=:
已经进行了全面的描述相对于二者的综述本文主要在上述基础上进一步突出碳点作为新型纳米材料的优势同时较为细致地阐述了碳点在电化学中的应用及其在光催化产氢方面的最新应用)本文基于上述综述的基础上结合Q=:
的最新研究进展综合评述了Q=:
的制备方法及其应用希望为Q=:
的深入研究提供参考价值)?
碳量子点的合成Q=:
的制备方法有很多种通常可分为自上而下法和自下而上法)自上而下合成法主要是将碳骨架彻底粉碎而生成Q=:
的方法而自下而上法则是以一些有机分子作为前驱体#碳源$来合成Q=:
的)?
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自上而下法自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的碳骨架#如碳靶$上剥落下纳米碳颗粒而合成Q=:
包括弧光放电法*电化学法和激光销蚀法等)?
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弧光放电法弧光放电法是制备Q=:
最早的方法#,年C5等$(用凝胶电泳法分离纯化*电弧放电法合成的单壁碳纳米管悬浮液时发现悬浮液在凝胶电泳作用下能分成三部分速度最快的那部分在%#37紫外灯下有荧光信号进一步采用电泳法可依次分离出发射蓝绿色黄色和橘红色荧光的三种荧光纳米材料从而发现了可以发射荧光的新型碳纳米材料-Q=:
)虽然该方法制得的Q=:
荧光性能较好但是其产率低仅占悬浮液的$#H6同时纯化过程复杂不利于产物的收集)?
$?
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电化学法电化学方法主要是利用碳源作为工作电极而制备的Q=:
)表$对近年来通过电化学法制备Q=:
进行总结)#&年E195等$(首次提出使用电化学氧化多壁碳纳米管法制备Q=:
以多壁碳纳米管为工作电极*-d-QL,为参比电极*铂丝为对电极*#?
$79L&ah$四丁基高氯酸铵的乙腈溶液作为电解液随着体系时间的增加溶液逐渐由无色转变为深棕色)溶液经分离*纯化等得到了粒径为?
B#?
%37荧光量子产率为+?
的Q=:
)a5等$(结合离子液的特性用离子液来替代有机溶剂用辅助电化学法剥脱石墨电极合成了Q=:
)相比于E195等$(的方法该方法相对环保而且实验研究表明只要通过改变离子液与水的比例就可以合成不同形态的碳纳米材料并可实现Q=:
的荧光发射波长从紫外区到可见光区的调控)aG等$,(在电流强度为./0.1化学进展&UZ_ZY&/()+001.2!
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$+#,($+$,$#(#7&N7h的条件下通过石墨棒作为阳极*阴极D/dX6为电解质制备出粒径为,37以下的Q=:
)在不同的电流强度下合成出可以发射出蓝光*绿光*黄光和棕色光的四种不同粒径大小的Q=:
大大提升了Q=:
的潜在应用)同时该方法制备的Q=:
的量子产率为$)电化学法制备Q=:
具有较好的均匀性且对于碳源的利用率较高)但该法原材料的前期处理工作繁琐耗时后期Q=:
的纯化所需透析等步骤的耗时较长且量子产率较低)表?
电化学方法制备Q=:
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激光消蚀法激光消蚀法是通过激光束对碳靶进行照射消蚀将碳纳米颗粒从碳靶上剥落下来从而获得Q=:
)F/3等$B(通过激光消蚀乙醇溶液中的甘蔗渣经分离提纯后得到光学性能稳定*粒径为%?
37左右的Q=:
)5等$_(通过小时激光照射二胺水合物*乙二醇胺和聚乙二醇#RX;#$混合有机溶剂中的石墨粉来制备Q=:
同时探讨不同有机溶剂下合成的Q=:
的性能结果表明!
通过改变有机溶剂的种类可以实现对Q=:
发射波长的调控)M53等#(将石墨粉与水泥混合通过烘焙*固化*热处理制得碳靶在_#Z*&%IR/的氩水蒸气氛围内对碳靶进行烧蚀)所得产物在?
+79L&ah$的D溶液中回流$1酸化后得到尺寸为($#37的碳量子点)激光消蚀法的主要缺点是所用仪器昂贵*合成过程复杂*产率低以及杂质多等因此该法较少使用)?
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自下而上法自下而上法主要是通过一些有机分子作为前驱体通过一系列的化学反应制备Q=:
)主要包括模板法*微波消解合成法*超声振荡法*溶剂热法*强酸氧化法以及水热法等)?
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模板法模板法是指在特定的支撑材料上合成Q=:
该方法可以防止Q=:
在高温处理过程中发生团聚)Y95.LG39:
等$(以D/沸石作为模板制备Q=:
)通过D/沸石与,A二氨基苯酚二盐酸盐进行离子交换然后在#Z下反应小时)由于离子交换发生在D/沸石表面因此氧化后得到的Q=:
修饰在沸石表面)用O酸刻蚀掉沸石得到,(+37的Q=:
)aG5等(使用两性聚合物!
O$&对硅胶球体进行功能化制备出09LK72.dO$&d:
GLGN/复合物以该复合物为模板可溶性的酚醛树脂为碳源经高温应用后除去模板最后经酸处理及表面钝化得到水溶性好的多色Q=:
其荧光量子产率达到了$,?
&)相比于Y95.LG39:
的方法$(aG5等(不仅可以制备出多种颜色的Q=:
而且其不需要用到腐蚀性极强的O)虽然该法制备步骤相对复杂但所制得的Q=:
荧光量子产率较高粒径分布均匀*水溶性好*生物毒性低在生物传感器*生物成像及生物标记方面有很好的应用前景)?
!
微波消解合成法微波消解合成法主要是利用微波消解碳前驱体而制备Q=:
)同其他的方法相比微波法的合成更为简便)aG5等(使用蔗糖作为碳源二甘醇作为溶剂介质在&%#f功率下微波消解一步合成带绿光的Q=:
该方法合成的Q=:
平均粒径在%37左右其荧光量子产率达到了%,)E15等,(以葡萄糖为碳源加入一定的聚乙二醇#RX;#$在%#f的功率下微波消解($#7G3溶液的颜色从黄色变为深棕色)所得Q=:
具有较好的水溶性和荧光特性粒径为?
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%37荧光量子产率为+?
%而在对照试验中由于没有加入RX;#所得到的产物虽然在紫外可见