合成碳量子点方法总结

SummaryofCarbonDots2018-4-3背景介绍•量子点是准零维半导体纳米材料，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分离能级结构，受激后可以发射荧光，基于自身的量子效应，展现出独特的性质：尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应。因此展现出不同于宏观材料的物理化学性质，在太阳能电池、发光器件、光学生物标记、催化、功能材料等领域有着广阔的应用前景。•传统的量子点一般是从铅、镉及硅的混合物中提取得到，毒性大、对环境危害大，因此人们在寻求毒性较低的材料。•J.AM.CHEM.SOC.2004,126,12736-12737合成方法碳源大小形貌发光颜色荧光量子产率应用Bio-imagingDrugdeliveryCancertheranosticsPhotodynamictherapyGenetherapyBio-sensingBacterialimagingandantibacterialactivityCatalyticactivityother1.1TopdownmethodsThisapproachinvolvestheconversionoflargeparticlesintosmallerone(C-dots)innano-sizerangeviadifferentmethods.E.g.•Arcdischarge•Plasmadischarge•Laserablation•Chemicalorelectrochemicaloxidationect.1.1BottomupmethodsBottomupmethodsinvolvetheconversionofsmallerparticlesintoC-dotsofdesiredsizerange.E.g.•Microwaveassistedpyrolysis•Hydrothermalmethods•Thermal/combustion•Solvothermalmethods,ect.2.2Carbonsources化学物质•葡萄糖、蔗糖、丙三醇、柠檬酸……绿色来源的前体化合物•菠菜（2017）•草莓汁（2013）、蛋壳（2012）、樟脑（2014）、康乃馨（2016）、猪肉（2018）、苹果汁（2015）、甘蔗汁（2014）、心里美（2016）、燕麦（2015）•圣罗勒叶（2017）碳源：柠檬酸荧光颜色：蓝色尺寸：~0.9nmQY：47%掺杂硅元素Adv.Funct.Mater.2011,21,1027–1031ACSNano2016,10,484−491IF：13.942碳源：对苯二胺荧光颜色：各种尺寸：~2.6nmQY：24%层析分离ACSNano2016,10,484−491IF：13.942Angew.Chem.2015,127,5450–5453IF：11.994复合薄膜Chem.Commun.,2015,51,2544--2546在K2S2O8溶液中电化学剥离石墨碳源：石墨荧光颜色：红色尺寸：~3nmL.Lietal.,JournalofMaterialsChemistryB5,7328-7334(2017).碳源：菠菜荧光颜色：红色尺寸：3~11nmlex/lem:440/680nmQY：15.34%H.Huangetal.,RSCAdvances3,21691(2013).碳源：草莓汁荧光颜色：蓝色尺寸：~5.2nmlex/lem:360/427nmQY：6.3%线性范围：10nM~50mM检测限：3nMQ.Wang,X.Liu,L.Zhang,Y.Lv,Microwave-assistedsynthesisofcarbonnanodotsthroughaneggshellmembraneandtheirfluorescentapplication.Analyst137,5392-5397(2012).Q.Wang,X.Liu,L.Zhang,Y.Lv,Microwave-assistedsynthesisofcarbonnanodotsthroughaneggshellmembraneandtheirfluorescentapplication.Analyst137,5392-5397(2012).碳源：鸡蛋壳荧光颜色：蓝色尺寸：~5nmlex/lem:365/450nmQY：14%线性范围：0.5~80μmolL—1检测限：0.48μmolL—1R.R.Gaddam,.RSCAdv.4,57137-57143(2014).碳源：樟脑荧光颜色：蓝色尺寸：1~4nmlex/lem:320/510nmQY：21.16%碳源：康乃馨荧光颜色：蓝色尺寸：6~9nmlex/lem:320/435nm线性范围：3.2~11.7Zhong,D.,etal.,CarbondotsoriginatedfromcarnationforfluorescentandcolorimetricpHsensing.MaterialsLetters,2016.166:p.89-92.Zhao,C.,etal.,Greensynthesisofcarbondotsfromporkandapplicationasnanosensorsforuricaciddetection.SpectrochimActaAMolBiomolSpectrosc,2018.190:p.360-367碳源：猪肉荧光颜色：蓝色尺寸：~3.5nmlex/lem:365/450nmQY：17.3%线性范围：0.1–100μM&100–500μM检测限：0.05μMMehta,V.N.,MaterSciEngCMaterBiolAppl,2014.38:p.20-7碳源：甘蔗汁荧光颜色：蓝色尺寸：~3nmlex/lem:365/474nmQY：5.76%W.Liuetal.,Greensynthesisofcarbondotsfromrose-heartradishandapplicationforFe3+detectionandcellimaging.SensorsActuatorsB:Chem.241,190-198(2017).碳源：心里美荧光颜色：蓝色尺寸：1.2~6nmlex/lem:330/420nmQY：13.6%线性范围：0.02–40μM检测限：0.13μM碳源：燕麦荧光颜色：蓝色尺寸：20~40nmlex/lem:360/438nmQY：37.4%J.Mater.Chem.C,2015,3,9514--9518A.Kumaretal.,GreensynthesisofcarbondotsfromOcimumsanctumforeffectivefluorescentsensingofPb2+ionsandlivecellimaging.SensorsActuatorsB:Chem.242,679-686(2017).碳源：圣罗勒荧光颜色：绿色尺寸：~3nmlex/lem：450/470nmQY：9.3%线性范围：0.01–1.0μM检测限：0.59nM编号发光颜色碳源尺寸/nmlex/lemQY/%线性范围检测限待测物1红色菠菜3~11440/68015.342蓝色草莓汁~5.2360/4276.310nM~50mM3nMHg2+3蓝色蛋壳~5365/450140.5~80μmolL—10.48μmolL—1GSH4蓝色樟脑1~4320/51021.16多种金属离子均可使其荧光猝灭5蓝色康乃馨6~9320/4353.2~11.7pH6蓝色猪肉~3.5365/45017.30.1–100μM&100–500μM0.05μMUA7蓝色甘蔗汁~3365/4745.768蓝色心里美1.2~6330/42013.60.02–40μM0.13μMFe3+9蓝色燕麦20~40360/43837.410绿色圣罗勒~3450/4709.30.01–1.0μM0.59nMPb2+小结•通常采用水热合成法，该方法简单、方便、易操作•分离方法上通常配合使用过滤、离心、透析等手段•合成的碳量子点水溶性好、生物相容性好、荧光稳定性强•QY普遍较低，在20%以下，因此寻找QY更大的天然材料是非常必要的1、来源豆类：红豆、绿豆、黄豆、黑豆、花生谷物：稻子、谷子、高粱等深色果蔬：茄子、紫色洋葱、火龙果、芒果、紫甘蓝……2、优化条件温度、反应时间、溶剂、pH等3、掺杂N、S、Si、B4、表面钝化和修饰-COOH、-OH、-NH2