Summary of Carbon Dots2018-4-3 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-imagingDrug deliveryCancer theranosticsPhotodynamic therapyGene therapyBio-sensingBacterial imaging and antibacterial activity Catalytic activityother 1.1 Top down methodsThis approach involves the conversion of large particles into smaller one (C-dots) in nano-size range via different methods.E.g.•Arc discharge•Plasma discharge •Laser ablation •Chemical or electrochemical oxidation ect. 1.1 Bottom up methodsBottom up methods involve the conversion of smaller particles into C-dots of desired size range.E.g.•Microwave assisted pyrolysis•Hydrothermal methods•Thermal / combustion•Solvothermal methods ,ect. 2.2 Carbon sources化学物质化学物质•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：~0.9 nmQY：47%掺杂硅元素Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1027–1031 ACS Nano 2016, 10, 484−491 IF：13.942 碳源：对苯二胺荧光颜色：各种尺寸：~2.6 nmQY：24%层析分离层析分离ACS Nano 2016, 10, 484−491 IF：13.942 Angew. Chem. 2015, 127, 5450 –5453 IF：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：~3 nm L. Li et al., Journal of Materials Chemistry B 5, 7328-7334 (2017).碳源：菠菜荧光颜色：红色尺寸：3~11 nmlex/lem: 440/680 nmQY：15.34% H. Huang et al., RSC Advances 3, 21691 (2013).碳源：草莓汁荧光颜色：蓝色尺寸：~5.2 nmlex/lem: 360/427 nmQY：6.3%线性范围：10 nM~50 mM 检测限：3 nM Q. Wang, X. Liu, L. Zhang, Y. Lv, Microwave-assisted synthesis of carbon nanodots through an eggshell membrane and their fluorescent application. Analyst 137, 5392-5397 (2012). Q. Wang, X. Liu, L. Zhang, Y. Lv, Microwave-assisted synthesis of carbon nanodots through an eggshell membrane and their fluorescent application. Analyst 137, 5392-5397 (2012).碳源：鸡蛋壳荧光颜色：蓝色尺寸：~5 nmlex/lem: 365/450 nmQY：14%线性范围：0.5~80 μmol L—1检测限：0.48 μmol L—1 R. R. Gaddam,. RSC Adv. 4, 57137-57143 (2014).碳源：樟脑荧光颜色：蓝色尺寸：1~4 nmlex/lem: 320/510 nmQY：21.16% 碳源：康乃馨荧光颜色：蓝色尺寸：6~9 nmlex/lem: 320/435 nm线性范围：3.2~11.7Zhong, D., et al., Carbon dots originated from carnation for fluorescent and colorimetric pH sensing. Materials Letters, 2016. 166: p. 89-92. Zhao, C., et al., Green synthesis of carbon dots from pork and application as nanosensors for uric acid detection. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc, 2018. 190: p. 360-367碳源：猪肉荧光颜色：蓝色尺寸：~3.5 nmlex/lem: 365/450 nmQY：17.3%线性范围：0.1–100 μM & 100–500 μM检测限：0.05 μM Mehta, V.N., Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2014. 38: p. 20-7碳源：甘蔗汁荧光颜色：蓝色尺寸：~3 nmlex/lem: 365/474 nmQY：5.76% W. Liu et al., Green synthesis of carbon dots from rose-heart radish and application for Fe 3+ detection and cell imaging. Sensors Actuators B: Chem. 241, 190-198 (2017).碳源：心里美荧光颜色：蓝色尺寸：1.2~6 nmlex/lem: 330/420 nmQY：13.6%线性范围：0.02–40 μM检测限：0.13 μM 碳源：燕麦荧光颜色：蓝色尺寸：20~40 nmlex/lem: 360/438 nmQY：37.4%J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 9514--9518 A. Kumar et al., Green synthesis of carbon dots from Ocimum sanctum for effective fluorescent sensing of Pb 2+ ions and live cell imaging. Sensors Actuators B: Chem. 242, 679-686 (2017).碳源：圣罗勒荧光颜色：绿色尺寸：~3 nmlex/lem： 450/470 nmQY：9.3%线性范围：0.01–1.0 μM检测限：0.59 nM 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3~11 440/68015.342蓝色草莓汁~5.2360/4276.310 nM~50 mM 3 nMHg2+3蓝色蛋壳~5365/450140.5~80 μmol L—10.48 μmol L—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6~9320/4353.2~11.7pH 6蓝色猪肉~3.5365/45017.30.1–100 μM & 100–500 μM0.05 μM UA7蓝色甘蔗汁~3365/4745.768蓝色心里美1.2~6330/42013.60.02–40 μM0.13 μM Fe3+9蓝色燕麦20~40360/43837.410绿色圣罗勒~3450/4709.30.01–1.0 μM0.59 nM Pb2+ 小结•通常采用水热合成合成法，该方法简单、方便、易操作•分离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、来源ü豆类：红豆、绿豆、黄豆、黑豆、花生ü谷物：稻子、谷子、高粱等ü深色果蔬：茄子、紫色洋葱、火龙果、芒果、紫甘蓝……2、优化条件、优化条件ü温度、反应时间、溶剂、pH等3、掺杂、掺杂üN、S、Si、B4、表面钝化和修饰、表面钝化和修饰ü-COOH、-OH、-NH2 。