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碳点的光明未来

碳点(Carbon Dots,CDs)是一种具有冷发光特性、准零维、新型的碳纳米材料,具有制备相对简单、原料来源丰富、易于表面功能化、毒性较小、生物相容性好、荧光波长可调节、双光子吸收面积大等等特性。在系列文献报道中也将碳点称为:碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs)、碳纳米点(Carbon Nanodots,CNDs)、石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots,GQDs)、碳质点(Carbogenic Dots)、碳纳米晶(Carbon Nanocrystals)等。由于其优异的性能,碳点在传感、生物、医药、食品、环境、催化、光电、能源等领域表现出良好的潜在应用前景,研究人员进行了广泛的科学研究并取得了重要的进展。

碳点的合成方法主要分为两类,一类是主要采用物理或化学手段把较大的碳结构(如碳纳米管、石墨棒、石墨烯、碳粉等)裂解为微小的碳纳米粒子的自上而下法,如电弧放电法、激光销蚀法、化学氧化法等;一类是以糖、柠檬酸和氨基酸等有机小分子前驱体为碳源,通过官能团偶联实现分子聚合制备碳点的自下而上法,如电化学法、水热法、热解法、微波辅助法、超声法等;其它还有如模板法、中和反应放热法、微流床技术法等方法制备碳点。

碳点的制备很好的体现了“绿色化学”的理念,利用价格便宜、环境友好的碳源前驱体和天然可再生的廉价原材料作为碳源制备,诸如鸡蛋清、草、茶叶、树叶、蚕丝、蚕蛹、虾壳、柚子皮、花生壳、咖啡渣、啤酒等材料纷纷成为合成碳纳米点的碳源。

碳点的首次粉墨登场就是由于其拥有的荧光发光特性才被发现的,碳点的发光机理一直是研究人员研究的一个重点方向,人们从量子尺寸效应、表面态和官能团机理、电子空穴和辐射重排理论等进行了多方面解读研究,虽然尚未形成一个碳点荧光机理完备的理论阐述体系,但碳点所呈现出的诸如吸收及荧光性质、光致发光、化学发光、电化学发光、上转换光致发光、类过氧化物酶活性、无毒性等等的一些理化性质,为其应用研究提供了坚实可行的理论依据。

碳点的主要应用研究方向

成像:哺乳动物细胞、植物细胞和微生物的多种颜色的荧光图像,小鼠体内成像……

光催化:有机分子降解、CO2还原、分解水……

光电器件:LED、太阳电池(敏化剂/共敏化剂、运输层、电解质和/或对电极的助催化剂)……

传感器:食品质量和安全、药物分析、环境污染测定、免疫分析等领域,如检测重金属离子、阴离子、农药、分子、有机小分子、核酸……

电催化:主要用在包括氧化还原反应、析氧反应、析氢反应、二氧化碳的还原反应、双功能催化剂……

生物医药:光动力疗法、癌细胞破坏光敏剂、放射治疗、示踪和传递药物或基因、药物释放、抗癌药物……

参考文献

[1] Carbon nanodots: synthesis, properties and applications, J.Mater.Chem., 2012, 22, 24230

[2] Carbon quantum dots and their applications, Chem Soc Rev, 2015, 44, 362-381

[3] Carbon dots: Principles and their applications in food quality and safety detection, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2018, 58, 14, 2466-2475

[4] Carbon Dots: A Small Conundrum, Trends in Chemistry, 2019,1(2), 235-246

[5] Carbon dots for energy conversion applications, J. Appl. Phys., 2019 125, 220903

[6] Review of Carbon and Graphene Quantum Dots for Sensing, ACS Sens., 2019, 4(7), 1732-1748

[7] Carbon Dots-in-Matrix: Boosting Intriguing Luminescence Properties and Applications, Small, 201, 15(32) , 1805504

2019年11月26日~29日,在上海国际跨国采购中心将召开第四届国际碳材料大会暨产业展览会,“碳点学术研讨会”作为大会的分论坛之一,目前已有120+所高校和科研院所的200+位老师和学生报名参加。与会嘉宾们将从碳点材料的制备技术、特性研究、应用方向等诸多方面呈现精彩的报告内容,倾情分享和介绍解答碳点材料的最新研究进展和拯待解决的问题,碳点的研究探索方兴未艾,热烈欢迎对碳点新材料感兴趣的各界人士参与交流和讨论,为前沿研究和产业应用建言献策。

报告嘉宾

会议议程

住宿

交通

会议地点:上海跨国采购会展中心1楼(上海市普陀区光复西路2739号)

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