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摘 要：本文首先对于碳量子点的优点、研究意义以及常用合成方法、表征手段进行简单介绍。随后，在前人研究工作基础上，采用的水热合成法以木炭粉为碳源合成了碳量子点发光材料，利用荧光光谱对其发光性能进行表征，探讨了常见金属离子对碳量子点发光性能的影响。研究结果表明，碳量子点的最大激发和发射波长分别位于324nm、430nm。常见金属离子如钙、锌、钾、亚铁离子对碳量子点的荧光发射波长并无太大的影响，但对其荧光发射强度有不同程度的影响。7748
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关键词：碳量子点;合成；表征;水热法；荧光
Facile synthesis and characterization of carbon quantum dots
Abstract：In this paper, the advantages, research and common sense, and characterization means of carbon quantum dots were introduced firstly. Then, carbon quantum dots were synthesized by hydrothermal method using charcoal powders as the starting materials, and characterized by spectroscopy. The effect of metal ions such as Ca2+, Zn2+, K+, Fe2+ on the luminescent properties of carbon quantum dots was investigated in detail. The results indicate that the maximum wavelength of excitiation and emission spectra of the obtained carbon quantum dots are at 324nm and 430nm respectively. The addition of metal ions (Ca2+, Zn2+, K+, Fe2+) has no effect on the profile of emission spectra, while it has different effects on the emission intensity of carbon quantum dots.
Key words: Carbon quantum dots; synthesis; characterization; hydrothermal method; fluorescence
引言
量子点是最近几年来才发展起来的一种半导体的纳米粒子，我们可以把它理解为粒子半径小于或接近于机子波尔半径的半导体纳米颗粒，是一种过渡态。量子点一般是从铅、镉及硅的混合物中提取而来的，我们通常称为金属量子点。量子点虽然具有很多优良的荧光性能，而且在生物医学等领域也有一定的应用。但是其自身存在粒径大毒性大等等缺点，因而限制了它的应用。因此科学家们不断寻求性能更加完善的纳米材料作为替代品，荧光碳量子点便是在这种情况下应运而生的。2004年Xu等在分离纯化由电弧放电制备单壁碳纳米管的时候，首次发现了发荧光的碳纳米颗粒，但是其荧光量子产率很低。直到2006年Sun等用激光消融碳靶物再用有机试剂钝化的方法制备出来了荧光性能较好的碳纳米粒子，并首次称之为碳量子点。
碳量子点是一种和半导体量子点具有相似光学性能的环境友好型纳米材料与各种金属量子点类似的碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光，但是相对于金属量子点而言，碳量子点无毒害作用，对环境的危害很小且制备成本低廉荧光稳定，无光闪烁，耐漂白，分子量和粒径都很小，激发光谱宽而连续，并且可以实现一元激发多元发射，是一种很好的荧光标记与成像试剂。
碳量子点的合成方法有很多，一般把这些方法概括为两大类：一类是自上而下是指通过物理或者化学的实验方法把大变小，直到样品成为纳米颗粒级别，比如可以通过球磨、机械粉碎或者化学氧化等办法将大颗粒物体变小等等；而另一类则是自下而上相对于自上而下我们可以形象的理解为是由小变大的方法，其大多数是化学合成法，比如通过有机或者无机分子来组装功能器件的方法等。前一类方法为基于自身较大的碳骨架上剥落下纳米碳粒的合成方法，而后一类方法则是直接以较小碳颗粒进行修饰、钝化以此来合成碳量子点的合成方法。
自上而下的合成方法又包括下面这几种。
电化学法：Zhou等将多壁碳纳米管制成电极，以含四丁基高氯酸铵的脱气乙腈溶液为电解液，与铂电极一起构成电解池，然后通电处理，即在电解液中得到粒径为( 2. 8 ±0. 5) nm 的球状的发蓝光的碳量子点，其表面均匀，荧光量子产率为6.4%尽管这种方法得到的碳点粒径较小，荧光性能也较好，这就是电化学法，但是该方法条件苛刻，制备过程复杂，不利于大批量制备。另外重金属电解波的存在阻碍了其进一步在生物领域的应用。所以本文没有采用该种方法