基于碳点光电探测研究文献综述

 2022-11-29 16:50:29

结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写 2000字左右的文献综述:

  1. 碳点的概述

1.1碳点的定义及性能

碳点(Carbon dots,CDs)也称为碳量子点、碳纳米点,是一种尺寸大小在10nm以下,具有荧光性质,几何形状近乎准球型的新兴碳纳米功能材料[1]。CDs主要分为三大类型:石墨烯量子点(GQDs),碳纳米点(CNDs)和聚合物点(PDs),他们之间的差别在于GQDs与CNDs具备片层类石墨结构,PDs是非共轭高分子适度交联或碳化而形成的。

CDs的吸收光谱在紫外区域呈现较强的吸收峰,并在可见光区域表现出长长的尾部。除此之外,其光致荧光的峰值以及强度也表现出激发波长依赖的光学特征。CDs的化学组成与结构主要是由sp2和sp3杂化碳构成,并含有较多的氧元素。表面大量的羧基(-COOH)和羟基(-OH),虽然导致CDs中存在很多缺陷,却为其带来良好水溶性。同时,富含多种官能团也会使CDs更容易被功能化。

普通的碳发光弱,水溶性差,然而CDs却具有良好的水溶性和明亮的荧光。激发光照射下,CDs的荧光稳定性高,无光闪烁现象,可以实现一元激发、多元发射。同时具有可调电学特性:可以作为电子给体又可以作为电子受体。低毒性以及良好的生物相容性为其生物检测带来了可能。

1.2碳点的制备方法

常用的CDs制备方法可以分为两大类:自上而下(Top-down)和自下而上(Bottom-up)[2]。自上而下法就是将本来具备石墨结构的物质通过物理或化学的方法使其由大变小到纳米碳颗粒,如化学氧化剥离碳纤维法、电化学合成法[3,4,5]、电弧放电法[6]、微波辅助水热法[7,8,9]等。自上而下法制备CDs通常需要经过浓酸处理、剧烈的氧化步骤以及高温过程,这类方法的优点在于会使所得CDs保持非常优秀的石墨结构,并且CDs产率很高,不足在于荧光量子效率非常低而且成本比较昂贵;自下而上法就是以小分子作为前驱体,通过一系列的化学反应制备出纳米碳颗粒,最常用的是溶液化学法。这类方法制得的CDs比较容易修饰以提高其荧光量子效率,此方法能够精确地控制最终产物的性质,但制备条件苛刻,步骤较复杂,且产物石墨化程度不是特别高。

1.3碳点的应用现状

CDs的组成元素主要为碳,无毒无害且环境友好;碳基材料体系比较容易在表面负载一些功能基团,使得材料本身具有更多的性能,同时成本低廉,制备工艺简单,这些特点使得CDs有很大的应用潜力。

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