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继石墨烯、碳纳米管、富勒烯等热门碳纳米材料之后,一种新型碳纳米材料--碳量子点有望得到广泛的研究。荧光碳材料之所以称为碳量子点是因为它与传统的半导体量子点有很多相似的地方(比如,荧光发射尺寸、波长相关,无光闪烁,易于功能化),此外,碳量子点还具有生物低毒性、环境友好等特性。可用于能量存储、生物标记、药物传递、传感器等领域。
本文的主要工作是发展了碳量子点简单方便低成本的合成方法,探讨碳量子点生长过程及发光影响因素。主要工作及结果如下:
(一)建立了水热法制备水溶性的碳量子点新方法。以抗坏血酸为碳源,水热一步制备粒子尺寸为2-3 nm,荧光性能良好的碳量子点,在没有任何表面钝化处理的情况下,其量子产率可以达到6.79%。室温下,碳量子点水溶液室温下放置半年荧光性能不变,方法简单易于操作,容易分离。
(二)系统研究了反应条件对量子点性能影响。改变溶剂,得到不同量子产率的碳量子点。研究表明,在水热法制备碳量子点过程中,无水乙醇起到了关键的作用,可以改善碳量子点表面官能团,阻止碳量子点进一步长大。反应时间对碳量子点的量子产率也有明显影响。
(三)开展了碳量子点发光性质和机制研究。考察了离子强度和pH对荧光特性的影响。在不同的离子强度下,碳量子点的荧光性能保持不变,在离子强度达到2M时,荧光强度也不会发生明显的变化。不同的pH值下,相同浓度的碳量子点溶液荧光强度不同。pH值在4-8变化范围内,碳量子点的荧光强度没有发生大的变化。研究表明,碳量子点的发光性质可能与合成条件、量子点尺寸大小、表面缺陷等因素有关。