碳點(diǎn)的熒光機(jī)理研究

碳量子點(diǎn)作為一種尺寸10nm以下的熒光碳納米材料，具有好的水溶性、低的毒性以及良好的生物相容性。由于碳量子點(diǎn)具有一些的光學(xué)性質(zhì)（相對(duì)長(zhǎng)的熒光壽命、好的熒光穩(wěn)定性）而被廣泛應(yīng)用于白光led。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳量子點(diǎn)在用于白光led的熒光粉方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

截至目前，碳點(diǎn)的熒光機(jī)理還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的解釋[21, 22]。傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)由于受到量子限域效應(yīng)影響，使得原來(lái)費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)態(tài)變成分立能級(jí)，當(dāng)受到外界光子的激發(fā)時(shí)，電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，高能級(jí)不穩(wěn)定再向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放光子發(fā)出熒光，半導(dǎo)體量子點(diǎn)通過(guò)控制量子點(diǎn)尺寸的大小來(lái)控制熒光的波長(zhǎng)[23]。碳點(diǎn)雖然也是具有量子限域效應(yīng)的納米顆粒，但一些碳點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)為石墨型，本身是導(dǎo)體而非半導(dǎo)體，碳點(diǎn)的導(dǎo)帶和價(jià)帶重疊，而不是像半導(dǎo)體量子點(diǎn)那樣具有禁帶而產(chǎn)生帶隙發(fā)射。所以不同結(jié)構(gòu)的熒光碳點(diǎn)尺寸小到一定程度是否會(huì)出現(xiàn)與半導(dǎo)體量子點(diǎn)相似的分裂能級(jí),也是廣大研究者討論的一個(gè)熱點(diǎn)。

有研究者認(rèn)為熒光碳點(diǎn)的熒光機(jī)理與表面能帶相關(guān)[24]，因?yàn)榧{米顆粒具有非常大的比表面積，當(dāng)粒徑為2 nm時(shí)，表面原子占全部原子比例高達(dá)80%[25]，會(huì)導(dǎo)致納米顆粒表面原子配位情況較差，通常會(huì)有缺陷，同時(shí)納米顆粒為了保持穩(wěn)定性一般會(huì)與其他修飾或者鈍化基團(tuán)連接，起到一種表面修飾的作用。有研究者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)表面修飾或者表面鈍化的碳點(diǎn)會(huì)大大提高熒光量子產(chǎn)率[26]，這兩種情形使得碳點(diǎn)產(chǎn)生能帶，從而發(fā)出熒光。

目前，量子產(chǎn)率較高的碳點(diǎn)多用PEG(聚乙二醇)系列物質(zhì)進(jìn)行鈍化。利用PEG2000鈍化無(wú)熒光的碳納米顆粒后，得到的碳點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率高達(dá)50% (圖 5A)。也有研究者利用N元素修飾合成的碳點(diǎn)前驅(qū)體或者直接使用含有N元素的含碳有機(jī)物合成，利用紫外波段激發(fā)熒光為440~480 nm的藍(lán)光或者藍(lán)綠光[27,28,30]。Yang Y H等[2]利用既含有C骨架又含有N元素的甲殼素原料通過(guò)一步水熱法直接合成了藍(lán)綠熒光碳點(diǎn)(圖 5B)。Li X M等[29]認(rèn)為碳點(diǎn)發(fā)射藍(lán)光或者綠光與其表面氨基的密度有關(guān)(圖 5C)。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)相比，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)均短于半導(dǎo)體量子點(diǎn)。雖然它們的制作方法和碳源有所不同，但根據(jù)它們性質(zhì)的相似性可以推斷是同一種發(fā)光機(jī)制產(chǎn)生的受激熒光[27]。

(A) PEG2000修飾不發(fā)光碳點(diǎn)后發(fā)出綠色和藍(lán)色熒光[30]；

(B) 甲殼素一步法合成碳點(diǎn)[2]；

(C) 碳點(diǎn)表面的氨基密度影響其熒光波長(zhǎng)示意圖[29]；

(D) 不同尺寸和表面氧化態(tài)的碳點(diǎn)在360 nm激發(fā)時(shí)不同顏色的熒光

西安pg電子官方生物可以合成各種復(fù)雜定制類的核殼型熒光量子點(diǎn)產(chǎn)品，我們的產(chǎn)品涉及到各種的多肽、蛋白、多糖；聚合物修飾的熒光量子點(diǎn)產(chǎn)品.

小分子糖類、醇類和羧酸類制備碳點(diǎn)

碳水化合物和PEG200微波制備深褐色的碳點(diǎn)

發(fā)藍(lán)光的碳點(diǎn)（檸檬酸三銨法合成）

無(wú)定形碳點(diǎn)

氨基酸為碳源制備的碳點(diǎn)

水熱富氮?dú)ぞ厶谦@得碳點(diǎn)，平均粒徑在8.6 nm

高度水溶性的碳點(diǎn)

碳點(diǎn)包裹金納米粒子核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合物(Au@C-dot)

有機(jī)硅烷功能化的碳點(diǎn)

表面富含羧基的碳點(diǎn)

聚乙烯亞胺表面修飾的碳點(diǎn)PEI@C-dot

碳點(diǎn)表面用胺基修飾

甘露糖修飾碳點(diǎn)Man-CQDs

轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合碳點(diǎn)的復(fù)合物(Tf-CDs)

碳點(diǎn)還原的Cu2O雜化物

TiO2-CDs納米纖維復(fù)合物

Ni(OAC)2和碳點(diǎn)雜化的方法制備Ni納米粒子/碳點(diǎn)復(fù)合物(Ni/CQDs)

表面富含羧基的碳點(diǎn)包裹在SiO2介孔納米粒子( MSPs) 表面封閉空內(nèi)的DOX

碳點(diǎn)包載**DOX阿霉素

牛血清白蛋白( BSA)接枝碳點(diǎn)

雙發(fā)射CdSe@碳點(diǎn)熒光探針

乙二胺功能化修飾碳點(diǎn)

碳點(diǎn)-石墨烯復(fù)合物

L半胱氨酸表面功能化修飾碳點(diǎn)

碳點(diǎn)修飾的還原態(tài)氧化石墨烯（CDs@RGO）

阿拉伯糖和磷酸酪蛋白肽制備水溶性多色熒光碳點(diǎn)

以上產(chǎn)品的發(fā)射峰、濃度：可根據(jù)客戶需求定制（zhnzhn2021.05.07）