荧光碳点的制备及应用
1、荧光碳点的制备
荧光碳材料是一种典型的无机荧光纳米材料，为目前热点研究的功能纳米材料之一。荧光碳点指的是一种尺寸小于10 nm的零维纳米材料，其中碳元素采用sp2杂化，并可进行N、P、O、S等元素的掺杂。通过调节荧光碳点的尺寸大小、元素组成和表面结构，可制备出不同发光特性的荧光碳点。荧光碳点的制备分为“自上而下”法和“自下而上”法。“自上而下”法是指用电解、激光刻蚀等方法，将块状石墨粉碎成纳米尺寸的荧光碳点，“自下而上”法是指以有机物为前驱体，在高温条件下合成荧光碳点。相较于“自上而下”的合成方法，“自下而上”法具有简单、快捷、产率高的优势，应用于本科生实验，可重复性强、成功率高，故本实验采用“自下而上”法，即以有机物柠檬酸、柠檬酸铵、尿素和多乙烯多胺作为前驱体，分别制备蓝色荧光碳点(BC-dot)和氮掺杂的绿色荧光碳点(GC-dot)
2、发射原理
荧光碳材料是一种典型的无机荧光纳米材料，为目前热点研究的功能纳米材料之一。荧光碳点指的是一种尺寸小于10 nm的零维纳米材料，其中碳元素采用sp2杂化，并可进行N、P、O、S等元素的掺杂。通过调节荧光碳点的尺寸大小、元素组成和表面结构，可制备出不同发光特性的荧光碳点。荧光碳点的制备分为“自上而下”法和“自下而上”法。“自上而下”法是指用电解、激光刻蚀等方法，将块状石
墨粉碎成纳米尺寸的荧光碳点，“自下而上”法是指以有机物为前驱体，在高温条件下合成荧光碳点。相较于“自上而下”的合成方法，“自下而上”法具有简单、快捷、产率高的优势，应用于本科生实验，可重复性强、成功率高，故本实验采用“自下而上”法，即以有机物柠檬酸、柠檬酸铵、尿素和多乙烯多胺作为前驱体，分别制备蓝色荧光碳点(BC-dot)和氮掺杂的绿色荧光碳点(GC-dot)
3、量子产率
荧光量子产率是表示物质发射荧光的能力的一个基本参数，指的是荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与吸收的激发光的光子数的比值，可采用绝对法和相对法测定，用Yf表示：
Yf=发射的光量子数吸收的光量子数Yf=发射的光量子数吸收的光量子数
(1)本实验采用相对法测定荧光碳点的荧光量子产率，即以罗丹明6G(R6G)的乙醇溶液作为本实验的参比物质。通过比较荧光碳点溶液和R6G的乙醇溶液在同样测试条件下所测得的积分荧光面积和对该激发波长对应的吸光度，测量荧光碳点的荧光量子产率，用Yu表示：Yu=Ys⋅FuFs⋅AsAu⋅n2un2sYu=Ys⋅FuFs⋅AsAu⋅nu2ns2
(2)其中，Fu、Au、nu分别表示荧光碳点的积分荧光强度、吸光度和溶剂的折射率；Ys、Fs、As、ns分别表示R6G乙醇溶液的荧光量子产率、积分荧光面积、吸光度和溶剂的折光率
4、试剂
多乙烯多胺(275MW)、尿素(AR)、柠檬酸(AR)、柠檬酸铵(AR)、罗
丹明6G(AR)、pH为4–10的缓冲溶液、无水乙醇、去离子水、聚乙烯醇(PVA)。
5、仪器
研钵、坩埚、坩埚钳、烧杯、玻璃棒、电热恒温干燥箱、真空干燥箱、离心机、石英比色皿、F-2700型荧光分光光度计。
实验步骤
6、荧光碳点的制备
(1)分别称取0.2 g柠檬酸铵和0.2 g尿素，用研钵充分研磨，将研磨后的粉末转移至坩埚中，在200 ⋅下反应1 h，将反应后的产物溶于50 mL 去离子水中，离心(12000 rpm，20 min)，即可得到GC-dot溶液，冻干备用。
(2)称取1.25 g柠檬酸，量取0.5 mL多乙烯多胺和10 mL去离子水于坩埚中，搅拌使其混合均匀，在200 ⋅下加热1 h，将产物溶于水，再经过离心(12000 rpm，20 min)，即可得到BC-dot溶液，冻干备用。
7、荧光光谱的测定及荧光量子产率的测定
7.1荧光激发与荧光发射光谱
(1)选择450 nm左右的光为激发光，测定470–670 nm波长范围内的稀释100倍的GC-dot溶液荧光发射光谱，选择最大发射波长λem为发射光，测定300–550 nm范围内的荧光激发光谱，在最大激发波长λex处，GC-dot溶液有最大荧光激发强度，并在此最大激发波长λex 下，扫描荧光发射光谱，此时在最大发射波长处碳点溶液的荧光发射强度最大。
(2) BC-dot的荧光激发光谱与荧光发射光谱的测定同理，不同之处在于初始激发光为380 nm左右，荧光发射光谱的测定范围为400–650 nm，荧光激发光谱的测定范围为300–450 nm。
7.2相对荧光量子产率的测定
(1)配制浓度约为5 × 10-6mol·L-1R6G乙醇溶液，测定其在405 nm波长处的吸光度。用去离子水稀释碳点溶液，使其分别在405 nm波长处具有与R6G乙醇溶液近似的吸光度。
(2)在405 nm激发波长下，分别测定R6G乙醇溶液、稀释后的GC-dot 溶液、稀释后的BC-dot溶液和稀释后的RC-dot溶液在415–700 nm波长范围内的荧光发射强度，绘制成曲线，计算相应的积分荧光强度，将其值带入式(2)中计算。
7.3 荧光发射强度荧光强度的影响因素
（1）荧光发射强度与浓度的关系
配制不同浓度的碳点溶液测量其荧光激发和发射光谱并采用origin软件绘制光谱图和根据最大荧光发射强度与碳点溶液的浓度关系图。
（2）荧光发射强度与溶液pH的关系
以最大吸收波长λm为激发波长，测定碳点溶液在pH为4.72、5.48, 、6.44、7.69、9.59下的荧光强度。
（3）荧光发射强度与溶剂的关系
分别配置体积分数为0%，20%，40%，60%，80%和100%的水的乙醇溶液，观察同浓度的碳点在不同溶剂中的荧光发光情况并测定荧
光强度。
7.4荧光墨水的配制
分别计算BC-dot溶液和GC-dot溶液的浓度，将其稀释为 3 mg·mL-1的溶液。
分别取1.5 mL碳点溶液、1 mL无水乙醇和7.5 mL PVA水溶液(200 mg·mL-1)，充分搅拌，使其混合均匀，即得蓝色荧光墨水和绿色荧光墨水。
7.5结果与讨论
（1）荧光碳点的荧光激发光谱与荧光发射光谱
实验制备所得的荧光碳点分别是GC-dot和BC-dot，其中荧光峰值位于400–500 nm的荧光碳点发蓝光，荧光峰值位于500–540 nm的荧光碳点发绿光。
（2）荧光发射强度与溶液pH的关系
BC-dot和GC-dot在不同pH溶液中的发光强度不同。其中BC-dot 在中性和弱酸性溶液中的发光强度较大，而在弱碱性溶液中的发光强度明显减小，相较于pH为中性的溶液中减小了15%，而GC-dot在不同缓冲溶液中的发光现象恰好与BC-dot相反，可能是BC-dot与GC-dot 表面的官能团不同，因而酸碱度会对其发光产生影响。
荧光碳点的制备及应用 1、荧光碳点的制备 荧光碳材料是一种典型的无机荧光纳米材料，为目前热点研究的功能纳米材料之一。荧光碳点指的是一种尺寸小于10 nm的零维纳米材料，其中碳元素采用sp2杂化，并可进行N、P、O、S等元素的掺杂。通过调节荧光碳点的尺寸大小、元素组成和表面结构，可制备出不同发光特性的荧光碳点。荧光碳点的制备分为“自上而下”法和“自下而上”法。“自上而下”法是指用电解、激光刻蚀等方法，将块状石墨粉碎成纳米尺寸的荧光碳点，“自下而上”法是指以有机物为前驱体，在高温条件下合成荧光碳点。相较于“自上而下”的合成方法，“自下而上”法具有简单、快捷、产率高的优势，应用于本科生实验，可重复性强、成功率高，故本实验采用“自下而上”法，即以有机物柠檬酸、柠檬酸铵、尿素和多乙烯多胺作为前驱体，分别制备蓝色荧光碳点(BC-dot)和氮掺杂的绿色荧光碳点(GC-dot) 2、发射原理 荧光碳材料是一种典型的无机荧光纳米材料，为目前热点研究的功能纳米材料之一。荧光碳点指的是一种尺寸小于10 nm的零维纳米材料，其中碳元素采用sp2杂化，并可进行N、P、O、S等元素的掺杂。通过调节荧光碳点的尺寸大小、元素组成和表面结构，可制备出不同发光特性的荧光碳点。荧光碳点的制备分为“自上而下”法和“自下而上”法。“自上而下”法是指用电解、激光刻蚀等方法，将块状石
墨粉碎成纳米尺寸的荧光碳点，“自下而上”法是指以有机物为前驱体，在高温条件下合成荧光碳点。相较于“自上而下”的合成方法，“自下而上”法具有简单、快捷、产率高的优势，应用于本科生实验，可重复性强、成功率高，故本实验采用“自下而上”法，即以有机物柠檬酸、柠檬酸铵、尿素和多乙烯多胺作为前驱体，分别制备蓝色荧光碳点(BC-dot)和氮掺杂的绿色荧光碳点(GC-dot) 3、量子产率 荧光量子产率是表示物质发射荧光的能力的一个基本参数，指的是荧光物质吸光后所发射的荧光的光子数与吸收的激发光的光子数的比值，可采用绝对法和相对法测定，用Yf表示： Yf=发射的光量子数吸收的光量子数Yf=发射的光量子数吸收的光量子数 (1)本实验采用相对法测定荧光碳点的荧光量子产率，即以罗丹明6G(R6G)的乙醇溶液作为本实验的参比物质。通过比较荧光碳点溶液和R6G的乙醇溶液在同样测试条件下所测得的积分荧光面积和对该激发波长对应的吸光度，测量荧光碳点的荧光量子产率，用Yu表示：Yu=Ys⋅FuFs⋅AsAu⋅n2un2sYu=Ys⋅FuFs⋅AsAu⋅nu2ns2 (2)其中，Fu、Au、nu分别表示荧光碳点的积分荧光强度、吸光度和溶剂的折射率；Ys、Fs、As、ns分别表示R6G乙醇溶液的荧光量子产率、积分荧光面积、吸光度和溶剂的折光率 4、试剂 多乙烯多胺(275MW)、尿素(AR)、柠檬酸(AR)、柠檬酸铵(AR)、罗
碳量子点的合成、表征及应用 碳量子点是一种由碳原子组成的纳米粒子，具有优异的光学、电学和化学性能，因此在材料科学、生物医学和能源领域具有广泛的应用前景。本文将详细介绍碳量子点的合成方法、表征技术及其在电化学传感器、光电转换和储能器件等领域的应用，旨在为相关领域的研究人员提供有用的参考信息。 碳量子点的合成方法主要包括化学还原法、物理法和生物法。其中，化学还原法是最常用的方法之一，是通过化学反应将有机物原料还原成碳量子点。反应条件包括温度、压力、原料配比和还原剂选择等，这些因素都会影响碳量子点的形貌和尺寸。 物理法则利用高温、激光或等离子体等手段将有机物原料裂解成碳量子点。这种方法可以制备出高纯度的碳量子点，但反应条件较为苛刻，产量也较低。 生物法则利用微生物或植物提取物等生物资源作为原料合成碳量子点。这种方法具有环保、高效等优点，但生物资源的种类和提取纯化过程会对碳量子点的性能产生影响。 表征碳量子点的方法主要包括光学表征、电子显微镜表征、化学表征
等。光学表征方法如荧光光谱、吸收光谱和透射电子显微镜等，可以用来研究碳量子点的尺寸、形貌和光学性质。电子显微镜表征可以直观地观察碳量子点的形貌和尺寸，同时通过能谱分析可以进一步确定碳量子点的元素组成。 化学表征方法如X射线衍射、红外光谱和核磁共振等，可以用来研究碳量子点的结构和化学性质。这些表征方法可以相互补充，帮助研究者全面了解碳量子点的结构和性能。 碳量子点在电化学传感器、光电转换、储能器件等领域具有广泛的应用。在电化学传感器领域，碳量子点可以作为电化学标记物，用于检测生物分子和疾病标志物。由于碳量子点具有优良的电学性能和生物相容性，因此在生物医学领域具有潜在的应用价值。 在光电转换领域，碳量子点可以作为光电材料，用于制造高效、稳定的太阳能电池和光电探测器。由于碳量子点具有优异的光学和电学性能，可以有效地吸收太阳光并传递电荷，因此具有成为高效光电材料的潜力。 在储能器件领域，碳量子点可以作为电极材料，用于制造高容量、高稳定性的锂电池和超级电容器。由于碳量子点具有较高的比表面积和良好的导电性，可以提供更多的反应位点和快速传输通道，因此有望
碳点的应用 一、什么是碳点 碳点是一种由碳元素组成的微观颗粒，它的尺寸通常在纳米级别。由于碳点具有出色的光电性能、化学稳定性和生物相容性，它们在近年来被广泛研究和应用于各个领域。 二、碳点的制备方法 2.1 化学合成法 化学合成法是一种常用的制备碳点的方法。它通常通过碳源与荧光引发剂或胺类化合物进行反应，生成具有荧光性质的碳点。这种方法具有简单、易操作和高产率的特点，但也存在着一定的环境污染问题。 2.2 热解法 热解法是另一种制备碳点的常见方法。它通过高温下将有机物或碳化物进行热解，产生纳米级的碳点。这种方法制备的碳点具有较高的结晶度和纯度，但需要高温条件和复杂的操作步骤。 2.3 生物法 生物法是一种环境友好的碳点制备方法。它利用生物体内或生物体外的酶类催化作用，将有机物转化为碳点。生物法相比于其他方法，具有无毒性、可持续性和易于大规模制备的优点。 三、碳点的应用领域 3.1 生物成像 碳点具有良好的荧光性能，可以被用于生物成像。通过将碳点与生物分子进行结合，可以实现对生物组织和细胞的高分辨率成像。碳点在生物医学领域的应用潜力巨大，可以用于肿瘤诊断、细胞追踪等方面。
3.2 光电器件 碳点在光电器件中的应用也备受关注。由于其具有优异的光电转换性能和可调谐的光学性质，碳点被广泛应用于太阳能电池、光电导器件等领域。碳点作为一种低成本、高效率的材料，有望推动光电器件技术的发展。 3.3 传感器 由于碳点表面的化学活性和荧光性能，它们也可以应用于传感器领域。通过将碳点与特定的物质结合，可以实现对目标物质的高灵敏度检测。碳点传感器在环境监测、生物传感等方面具有广阔的应用前景。 3.4 药物输送 碳点可以作为一种药物载体，用于药物的有效输送和释放。由于其良好的生物相容性和可调控的荧光性质，碳点在药物输送领域具有巨大的潜力。通过调节碳点的物理和化学性质，可以实现对药物的靶向传输和控制释放。 四、碳点的发展前景 碳点作为一种新兴的纳米材料，具有许多独特的性质和广泛的应用潜力。随着制备方法的不断改进和研究的深入，碳点的性能将进一步提升，应用领域也将更加广泛。 未来，碳点有望在光电子学、生物医学、能源等领域展现出更多的应用价值。同时，碳点的制备方法也将趋于环境友好和可持续发展，为碳点的应用提供更好的保障。 五、结论 碳点作为一种新兴的纳米材料，具有广泛的应用前景。它们在生物成像、光电器件、传感器和药物输送等方面展现出独特的性能和应用潜力。通过不断研究和创新，碳点的性能和应用将进一步完善和扩展，为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。
荧光碳点发展历程 荧光碳点（Fluorescent Carbon Dots，简称FCDs）是一种新型 的碳基材料，其在荧光成像、生物传感、药物输送等领域具有广阔的应用前景。下面将介绍荧光碳点的发展历程。 荧光碳点的研究始于20世纪90年代，最初的实现方法是利用草酸和叠氮化钠等原料在高温下合成。但是由于制备过程复杂、实验条件苛刻，且荧光性能较差，因此限制了荧光碳点的应用。 随着科学技术的不断进步，研究人员们逐渐改进了合成方法，使荧光碳点的合成更加简便。2004年，波兰科学家卢卡斯·皮 奇波（Lukasz Pacholczyk）等人使用乙二醛和甲胺为原料，通 过煅烧的方法合成了具有荧光特性的碳点。这一方法成功地解决了过去合成过程中的一些问题，为荧光碳点的研究开辟了新的途径。 2006年，中国科学院研究员孙延梅等人发现柠檬汁中的柠檬 醛也可以用于制备荧光碳点。他们通过煅烧的方法将柠檬汁提取出的柠檬醛转化为荧光碳点，具有较高的荧光量子产率和较好的荧光稳定性。这一发现引起了科学界的广泛关注，进一步推动了荧光碳点的研究。 随后的几年间，研究人员们陆续提出了一系列合成荧光碳点的新方法。2009年，李学鹏等人在草酸和丙烯酰胺的反应中合 成了荧光碳点，并将其应用于生物成像。2011年，著名科学 家Jianhua Shen等人成功地将荧光碳点应用于细胞内成像。这 些研究成果极大地拓宽了荧光碳点的应用范围，引起了国内外
科学家们的高度关注。 随着时间的推移，荧光碳点的制备方法不断优化。越来越多的研究人员们开始关注生态友好型的合成方法，通过用废弃物或可再生原料制备荧光碳点，进一步提高了其可持续性和环保性。此外，利用不同的表面修饰剂和改性技术，研究人员们还发现了许多荧光碳点的新特性和新应用。 至今为止，荧光碳点的研究已经取得了长足的进展。其在生物医学领域的应用包括细胞成像、癌症治疗、药物输送等；在环境领域的应用包括水质监测、环境污染检测；在电子器件领域的应用包括柔性显示屏、光电导器件等。研究人员们正不断探索荧光碳点的新特性和新应用，相信在未来的发展中将会产生更多突破性的进展。 综上所述，荧光碳点经历了多年的研究和发展，从最初的复杂制备方法到如今的简便高效合成，其应用领域不断拓展。科学家们在荧光碳点的合成、功能化和应用方面做出了巨大努力，为实现其在生物医学、环境和能源等领域的广泛应用打下了坚实的基础。未来，我们对荧光碳点的发展充满期待，相信其将为人类的生活带来更多的惊喜和改变。
环境监测中荧光碳点的应用探究 近年来，随着环境污染问题的日益严重，人们对环境监测的需求也越来越迫切。传统 的环境监测方法通常需要耗费大量的时间和人力，而且往往只能监测到有限的污染物。科 学家们一直在寻找一种更有效的环境监测方法，以便能够更准确、更快速地监测各种污染物。 一、荧光碳点的制备和性质 荧光碳点是一种尺寸在1-10纳米之间的碳基纳米材料，其来源可以包括天然和人工合成两种。天然来源的荧光碳点通常来自于天然物质，比如柠檬、橘子等水果；人工合成的 荧光碳点则可以通过碳化学反应或者热解法制备而成。 荧光碳点在环境监测中的应用主要基于其优良的荧光性能。这些碳点通常表现出宽波 长的荧光发射，而且其发光强度和波长可以通过改变其制备条件进行调控。这种可调控的 荧光性能使得荧光碳点可以用于监测不同种类的污染物，比如重金属离子、有机物等。 荧光碳点还具有较高的化学稳定性和生物相容性，这意味着它们可以在复杂的环境中 进行长时间的监测而不会出现显著的漂移或者降解。这些特性使得荧光碳点成为了一种具 有广泛应用前景的环境监测材料。 二、荧光碳点在环境监测中的应用 1. 水质监测 2. 大气环境监测 荧光碳点还可以作为大气环境监测中的重要工具。随着工业化和城市化的加剧，大气 污染问题已成为了当前社会关注的热点问题。传统的大气监测方法往往需要使用昂贵的仪 器设备，并且监测结果往往需要经过较长时间的处理才能得出。而使用荧光碳点作为探针，则可以大大简化监测流程，并且可以实现对大气中各类污染物的实时监测。这对于大气环 境监测而言是一个重大的突破，有望为大气污染治理提供更为准确的数据支持。 3. 土壤污染监测 由于其较好的生物相容性，荧光碳点还可以被应用于土壤污染监测领域。传统的土壤 监测方法往往需要取样和实验室测试，并且测试结果往往需要较长时间才能得出。而利用 荧光碳点，可以实现对土壤中污染物的实时监测，并且可以通过控制其制备条件来获得对 特定污染物的高选择性和灵敏度。这为土壤污染监测提供了一种全新的可能性，将有助于 及时发现并治理土壤污染问题。 三、未来展望
L-赖氨酸修饰的荧光碳量子点的制备及在钴测定中的应用孙雪花;尹惠;柴红梅;张甜;陈谦 【摘要】以葡萄糖为原料,通过微波法制备了L-赖氨酸修饰的碳量子点(CQDs),研究了该CQDs与钴的荧光猝灭效应并将其应用于钴的测定.通过高分辨电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等对L-赖氨酸修饰的CQDs进行结构表征分析.结果发现,该CQDs具有较强的荧光特性.条件优化试验表明,在pH 9.70的B-R缓冲体系中,在340 nm的光激发下,此CQDs最大荧光发射波长位于420 nm处,Co2+的质量浓度在0.03～ 0.60μg/mL及0.60～4.0μg/mL范围内与体系的荧光猝灭强度呈良好的线性关系,相关系数分别为0.9964和0.9918,检出限为3.84 ng/mL.将实验方法应用于水样中痕量钴的测定,测定结果与原子吸收光谱法(AAS)基本一致,相对标准偏差(RSD,n=5)为1.7％～2.0％. 【期刊名称】《冶金分析》 【年(卷),期】2018(038)011 【总页数】6页(P75-80) 【关键词】L-赖氨酸;碳量子点(CQDs);荧光探针;钴 【作者】孙雪花;尹惠;柴红梅;张甜;陈谦 【作者单位】延安大学化学与化工学院 ,延安市分析技术与检测重点实验室 ,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院 ,延安市分析技术与检测重点实验室 ,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院 ,延安市分析技术与检测重点实验室 ,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院 ,延安市分析技术与检测重点实验室 ,陕西
发光碳点的制备 一、引言 发光碳点是一种具有发光性质的纳米材料，具有较小的颗粒尺寸和独特的光学性能。发光碳点在生物成像、荧光探针、光电转换等领域具有重要的应用前景。因此，发光碳点的制备成为了研究热点之一。 二、传统制备方法 传统的发光碳点制备方法包括碳化剂热解法、碳化剂氧化法、碳纳米管破碎法等。这些方法通常需要高温、高压、长时间的处理过程，且产率低，操作复杂。 三、碳量子点的制备方法 近年来，碳量子点的制备方法得到了快速发展。下面介绍几种常用的碳量子点制备方法。 1. 水热法 水热法是一种简单且高效的碳量子点制备方法。通常将有机物作为碳源和表面修饰剂，与溶剂一起加入反应体系中。反应体系经过高温高压处理，形成碳量子点。水热法制备的碳量子点具有尺寸均一、分散性好等优点，但需要高温高压反应条件。 2. 微波法
微波法是一种快速制备碳量子点的方法。将碳源溶液放入微波反应器中，通过微波加热使溶液中的碳源迅速热解，形成碳量子点。微波法制备的碳量子点具有高度结晶度、较小的颗粒尺寸等特点。 3. 激光剥离法 激光剥离法是一种通过激光辐照材料表面剥离碳量子点的方法。激光的作用下，材料表面的碳层被剥离形成碳量子点。激光剥离法制备的碳量子点具有较高的结晶度和纯度。 四、碳量子点的表征方法 为了确定制备的碳量子点的性质和结构，需要进行表征。常用的表征方法包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱等。 1. TEM 透射电子显微镜（TEM）可以观察到碳量子点的形貌和尺寸。通过TEM观察，可以确定碳量子点的粒径分布和形状。 2. SEM 扫描电子显微镜（SEM）可以观察到碳量子点的表面形貌。通过SEM观察，可以了解碳量子点的形貌特征和表面结构。 3. UV-Vis 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）可以测量碳量子点在紫外和可见光
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利说明书 (10)申请公布号CN 114456803 A (43)申请公布日2022.05.10 (21)申请号CN202111577654.7 (22)申请日2021.12.22 (71)申请人南京工业大学 地址210009 江苏省南京市鼓楼区新模范马路5号 (72)发明人黄菲何天同姜莉雅谢皓东于杨乔纳森贝尔 (74)专利代理机构 代理人 (51)Int.CI C09K11/65 B82Y20/00 B82Y40/00 C01B32/15 B01J21/18 C07F5/02 C07D307/38 C07D307/42 C07D207/333 权利要求说明书说明书幅图(54)发明名称 一种荧光碳量子点的制备方法及其 应用 (57)摘要
本发明公开了一种荧光碳量子点的 合成方法和以碳量子点作为新型光催化 剂，催化有机小分子硼化和芳基化反应的 方法。本发明以廉价易得的有机酸和有机 胺为碳源或杂原子前体，在有机溶剂或水 中反应，以硅胶柱层析的方式分离纯化， 制备了全波段的碳量子点。本发明合成的 碳量子点原料廉价易得，反应方法简单高 效，产率高，后处理方便，适于放大生 产。本发明制备的碳量子点具有光致发光 的特性、良好的水溶性、毒性低、易于功 能化、环境友好、生物相容性好等诸多优 点，并且该碳量子点可以催化有机小分子 的硼化反应及芳基化反应，具有一定应用 前景。 法律状态 法律状态公告日法律状态信息法律状态 2022-05-10公开发明专利申请公布 2022-05-27实质审查的生效IPC(主分 类):C09K11/65专利申请 号:2021115776547申请 日:20211222 实质审查的生效 2023-04-28授权发明专利权授予
碳点的制备及在生物成像中的应用 碳点是一种新兴材料，在生物成像领域具有广泛的应用前景。由于其化学活性低、荧光强度高、生物相容性好等特点，碳点在生物成像方面的应用已经受到了广泛关注。本文将对碳点的制备方法和在生物成像中的应用进行介绍。 1.碳点的制备方法 目前，碳点的制备方法主要分为物理法、化学法和生物法三种。 1.1物理法 物理法主要通过化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、电弧放电等方法制备 碳点。这些方法基本上是通过炭黑分散成小粒子，然后在高温高压的条件下进行场解离，从而制备出碳点。使用物理法制备碳点的主要优点是样品纯净度高，但其缺点在于碳点的尺寸分布不均匀。 1.2化学法 化学法是制备碳点的主要方法之一，也是最经常使用的方法。这种方法涉及多 种化学反应，包括热分解法、电化学法、水热法、微波辐射法等。比如，热处理法是将有机物或碳化合物加热，使其分解成碳点。其中，无机盐和葡萄糖作为前体，与硫酸和硝酸混合后加热，形成的碳点具有比较均匀的尺寸分布和较强的荧光性能。 1.3生物法 生物法主要涉及将碳点制备在多肽、蛋白质和DNA等的表面上，有助于增强 生物相容性，并使其易于在生物学系统中应用。这种方法的优点在于制备的碳点具有较高的生物相容性，并且生物酶可用于其合成。 2.碳点在生物成像中的应用
碳点在生物成像领域的应用主要分为生物标记、光热疗法、药物递送和成像探 针四个方面。 2.1生物标记 由于碳点具有较高的荧光性能、化学稳定性、生物相容性和荧光色谱性质，因 此可作为生物标记。此外，碳点还具有更高的灵敏度和更长的荧光寿命，可以作为荧光共振能量传递（FRET）的接受者，进一步扩展了生物标记的监测范围。 2.2光热疗法 光热疗法是一种利用光热效应治疗癌症的方法，可以将光敏剂转换为活性的金 属（如IR-780）与碳点相结合。碳点所发出的荧光信号可以作为光热治疗系统的 实时监控工具，监测药物释放和热敏效应。 2.3药物递送 由于碳点具有较强的化学惰性和生物相容性，因此可以作为药物递送载体。此外，碳点具有更高的载药量和较长的药物释放时间，可以进一步提高药物递送的效率和效果。 2.4成像探针 碳点在成像方面的应用也非常广泛。碳点作为成像探针可应用于生物分子成像、生物标志物成像、药物递送和治疗、癌症检测和治疗、生物背景信号控制等方面。此外，在多种成像技术中，如荧光成像、MRI、CT等方面，碳点也被应用于图像 增强和分辨率增强等方面。 总之，碳点作为一种新兴材料在生物成像领域具有着广泛的应用前景。虽然碳 点制备和应用仍面临着一些挑战，但相信在丰富的应用场景下，碳点制备和应用将会得到更全面的解决和应用。
红光双发射荧光碳点的制备与检测应用 荧光碳点是一种新型的碳材料，具有小尺寸、可调荧光、强荧光等优点，被广泛应用于生物成像、传感、药物控释等领域。其中，红光荧光碳点是具有重要应用前景的材料之一，与近红外光具有良好的相容性，可用于生物成像等方面。本文将介绍一种利用荧光素为前驱体制备红光双发射荧光碳点的方法，并探讨其在生物成像中的应用。 一、实验方法 1.1 碳点的制备 材料：荧光素、乙二醇、硫脲、氢氧化钠、硝酸银、氢氧化钾、磷酸、甘氨酸、对氨基苯乙酸。 制备方法： 1）在300 mL的三口烧瓶中加入5 g荧光素和100 mL乙二醇，浸泡过夜。 2）加入5 g硫脲，搅拌均匀。 3）在25 mL的镍刻蚀钵中，将0.5 g硝酸银和1.5 g氢氧化钾加入50 mL水中，搅拌溶解。 4）将步骤3的溶液滴加入装有荧光素-硫脲-乙二醇混合物的烧瓶中，加入1 mL氢氧化钠溶液。 5）在烧瓶中持续搅拌反应2 h。 6）将反应产物用离心机离心3次，每次离心10 min，离心速度为12000 r/min。 7）将沉淀用去离子水洗涤3次，每次50 mL。 8）将洗涤后的产物用真空干燥箱干燥至常温下。 9）在150 mL锥形瓶中加入5 mL去离子水和10 mg碳点，搅拌均匀。 10）加入0.5 mL甘氨酸-对氨基苯乙酸混合物，在室温下搅拌反应30 min。 11）过滤并用去离子水洗涤3次。 采用紫外可见吸收光谱和荧光光谱对制备的红光双发射荧光碳点进行表征。紫外可见吸收光谱的扫描波长范围为200~800 nm，荧光光谱的激发波长为325 nm，扫描波长范围为350~800 nm。
二、结果与分析 本实验通过对荧光素为前驱体制备了红光双发射荧光碳点。荧光素相比其他前驱体更 加简单易得，从而降低了碳点的制备成本。本实验中采用硫脲作为还原剂，制备出的红光 双发射荧光碳点光学性能良好，荧光峰位于600~800 nm range，具有双发射特性。 2.2 碳点的表征 图1为本实验制备的红光双发射荧光碳点的光学性能表征结果。由紫外可见吸收光谱 可以看出，制备的碳点在300~500 nm范围内吸收较弱，且不出现明显的吸收峰；在 500~800 nm范围内具有较强的吸收，达到峰值（A）=0.135。荧光光谱表明，制备的碳点在激发波长为325 nm时有强的荧光发射，在600~800 nm range范围内有双荧光发射峰，具 有良好的双发射特性。 图1 碳点的光学性能表征结果 2.3 碳点在生物成像中的应用 红光双发射荧光碳点的双发射特性为其在生物成像中的应用提供了便利。该碳点的荧 光波长较长，与组织的吸收、散射影响较小，因此其在近红外区域有良好的透过性，可以 用于体内成像。此外，双发射特性也为该碳点的检测提供了可行性。因为当外部激发波长 与内部荧光信号的波长不同时，荧光信号的干扰会较小，加上红光双发射荧光碳点的双荧 光特性，能够有效地避免实验干扰，提高检测的准确性和灵敏度。 三、结论 本文介绍了一种以荧光素为前驱体制备红光双发射荧光碳点的方法，并对其在生物成 像中的应用做了说明。本方法简单易得，需要的材料与设备也不复杂，可用于大规模制备。同时，制备的碳点具有双发射特性，可用于生物成像和检测领域。
碳点的制备与应用 近年来，碳点作为一种新型纳米材料，因其独特的光电性能和化学 特性而备受关注。本文将介绍碳点的制备方法及其在各领域中的应用。 一、碳点的制备方法 1. 模板法制备碳点 模板法是一种常用的制备碳点的方法之一。首先，选择一种合适的 模板材料，例如聚苯乙烯微球。将模板材料与碳源（如葡萄糖）进行 共沉淀，然后通过高温煅烧的方式去除模板材料，最终得到碳点。 2. 水热合成法制备碳点 水热合成法是一种简单有效的碳点制备方法。将碳源（如柠檬酸） 和合适的氧化剂（如过氧化氢）混合在一起，然后在高温高压条件下 反应一段时间。随后，通过过滤、洗涤等步骤将产物纯化，得到纯净 的碳点。 3. 气相热解法制备碳点 气相热解法是一种利用高温热解碳源得到碳点的方法。将碳源（如 葡萄糖）放入高温炉中，在特定温度和气氛条件下进行热解，生成碳点。这种方法制备的碳点通常具有较高的结晶度和较窄的尺寸分布。 二、碳点的应用 1. 生物成像
碳点由于其良好的生物相容性和荧光特性，被广泛应用于生物成像 领域。通过将碳点功能化，可用于细胞染色、细胞追踪以及肿瘤靶向 治疗等方面。同时，碳点还可以作为荧光探针用于药物分析和生物传 感器等领域。 2. 光电器件 碳点的优异光电性能使其成为制备光电器件的重要材料。在太阳能 电池领域，碳点可以作为增强层，提高光电转换效率。此外，碳点还 可用于光电检测器、发光二极管等器件的制备。 3. 催化剂 碳点具有丰富的官能团，可以作为优良的催化剂应用于化学催化领域。碳点催化剂在氧气还原反应、氧气电极和可见光催化等方面显示 出良好的催化性能，具有很高的应用潜力。 4. 超级电容器 碳点因其高比表面积和可调控的导电性能，成为制备超级电容器的 理想材料。通过将碳点负载到电极材料上，可以提高电极的电容性能，实现高能量密度和高功率密度的超级电容器。 结语 总之，碳点作为一种新型纳米材料，其制备方法多样，应用领域广泛。随着对碳点研究的深入，相信碳点在光电子学、生物医学和能源 领域等方面的应用潜力将逐渐展现，为我们的生活带来更多的惊喜和 改变。
以猕猴桃皮为碳源荧光碳点的制备及应用 陈艳丽; 张龙生; 刘权坤; 曹剑瑜; 许娟; 陈智栋 【期刊名称】《《常州大学学报（自然科学版）》》 【年(卷),期】2019(031)005 【总页数】8页(P16-23) 【关键词】荧光碳点; 水热法; 稳定性; 荧光油墨 【作者】陈艳丽; 张龙生; 刘权坤; 曹剑瑜; 许娟; 陈智栋 【作者单位】常州大学石油化工学院江苏常州 213164; 江苏省绿色催化材料与 技术重点实验室江苏常州213164 【正文语种】中文 【中图分类】O64 荧光碳材料种类繁多，包括荧光富勒烯粒子，石墨烯量子点，碳纳米粒子等，它们优异的光学性能吸引了大量研究者的关注[1]。荧光碳点(Fluorescent carbon dots，CDs)具有较好的生物相容性、优异的光致发光效应、良好的稳定性、低毒性、水溶性、易于合成等优点，其光致发光性能可以与半导体量子点相媲美，同时还克服了它毒性高、合成复杂等缺点。因此，荧光碳点在传感器[2-4]、药物载体[5]、光催化[6]、荧光油墨[7-9]、生物成像[10-11]、标记和检测微生物[12]等多 个领域都体现出重要的应用价值。 早期荧光碳材料的合成过程中，需要表面钝化处理提高荧光性能，繁琐且毒性又高。
最近几年，碳材料研究者以生物质为碳源，采用水热法制备附加值高的荧光碳材料[8]。该方法更简便有效，整个制备过程无需使用有毒溶剂，使荧光碳材料以相对 较低的成本大规模商业化生产成为可能。生物质资源具有储量及其丰富，并且具有分布广泛、取材简单、成本低廉、环境友好等优点，如果得到好的利用，人类相当于拥有一个取之不尽的资源宝库，并且为废弃生物质的处理提供了有效的借鉴方法。另外，由于生物质中含有大量的有机物，在碳化的过程中会使其表面含有大量的含氧及含氮官能团，能够大幅度提升亲水性能。目前用于制备碳纳米粒子的生物质碳源有黄瓜[2]、草莓[3]、柳叶[8]、麦秸[13]、豆浆[14]、柚子皮[15]、桔汁[16]、 番茄汁[17]、香蕉汁[18]、山竹[19]、柑橘皮[20]、咖啡因[21]、羊毛[22]等。因此，采用水热法以生物质为碳源制备荧光碳材料，对设备要求低、反应条件比较温和、易操作，同时可将废弃生物质制备成附加值高的生物质碳材料。 文章以猕猴桃皮为碳源，利用水热法制备出了具有荧光效应的水溶性生物质碳材料。通过TEM、XRD、FTIR、Raman等表征手段对该荧光碳点的形貌和化学组成进 行了分析，并对其荧光性能和稳定性进行了研究，还对其在荧光油墨方面的应用做了初步尝试。 1 实验部分 1.1 试剂和仪器 实验所用试剂均为分析纯，且使用前未经任何纯化处理，实验用水均为实验室自制去离子水。 VBF-1200X型立式箱式炉，合肥科晶材料技术有限公司；ST 16R型通用台式离 心机，美国Thermo Scientific；FA2004B型电子天平，上海越平科学仪器有限公司；PHS-3C型pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；KBRO I-30型超纯水设备，杭州科邦水处理设备有限公司；DHG-9075A型鼓风干燥箱，上海鳌珍仪器 制造有限公司。
新型荧光碳点的制备及其在离子、小分子测定和细胞成 像中的应用 新型荧光碳点的制备及其在离子、小分子测定和细胞成像中的应用 近年来，随着纳米科技的发展，荧光碳点作为一种新型的荧光探针，受到了广泛关注。它们具有极小的粒径和高度可调的荧光性能，使其在离子、小分子测定和细胞成像等领域具有广阔的应用前景。本文将介绍一种新型荧光碳点的制备方法，并探讨其在离子、小分子测定和细胞成像中的应用。 首先，我们介绍了一种简单、高效的制备荧光碳点的方法。该方法利用某种有机物为原料，在一定条件下进行热处理，通过碳化和表面修饰等过程制备荧光碳点。这种方法具有制备时间短、成本低廉的特点，适用于大规模生产。 然后，我们重点探讨了荧光碳点在离子测定中的应用。荧光碳点可以通过与特定离子的作用，在离子浓度检测和离子传感方面发挥重要作用。例如，通过改变荧光碳点的表面修饰物，可以选择性地实现对特定离子的测定。同时，由于荧光碳点的高度可调的荧光性能，可以实现对离子浓度的灵敏检测。研究显示，该方法在环境监测和生物医学领域具有潜在应用。 接下来，我们介绍了荧光碳点在小分子测定中的应用。荧光碳点在小分子测定中常常被用作荧光探针。通过与特定小分子的反应，荧光碳点可以发生荧光强度的变化，从而实现对小分子的检测。例如，我们可以利用荧光碳点对环境中的有害气体进行灵敏检测，并且通过调节荧光碳点的表面性质，可以实现对不同小分子的选择性测定。 最后，我们介绍了荧光碳点在细胞成像中的应用。由于荧
光碳点具有优异的荧光性能和较小的粒径，可以被用于细胞成像。通过将荧光碳点标记在特定细胞结构上，可以实现对细胞的高分辨率成像。同时，荧光碳点还具有较好的生物相容性和低毒性，使其成为细胞成像的理想探针。 综上所述，新型荧光碳点具有制备简单、荧光性能可调的特点，在离子、小分子测定和细胞成像等领域具有广泛应用前景。我们相信，随着对荧光碳点制备工艺和应用机制的深入研究，其在材料科学、环境监测和生物医学等领域的应用将得到进一步拓展 总之，荧光碳点作为一种新型材料，在离子测定、小分子检测和细胞成像中展现出了广阔的应用前景。通过改变荧光碳点的表面修饰物，可以实现对特定离子的选择性测定，同时其可调的荧光性能也使得对离子浓度的灵敏检测成为可能。在小分子测定中，荧光碳点可用作荧光探针，通过与特定小分子的反应实现对其的检测。而在细胞成像中，荧光碳点由于其优异的荧光性能和较小的粒径，被广泛用于高分辨率成像，并且具有较好的生物相容性和低毒性。因此，随着对荧光碳点制备工艺和应用机制的深入研究，相信其在材料科学、环境监测和生物医学等领域的应用将得到进一步拓展
碳点的制备及在荧光分析中的应用 郭颖;李午戊;刘洋;杨连利 【摘要】综述了碳点的制备方法、碳源材料以及碳点在荧光分析中的应用（包括生物成像、生物分子检测和金属离子检测）。碳点的合成方法包括自上而下法（电弧放电法、激光消融法、电化学合成法和酸氧化法）及自下而上法（微波法、水热法和超声法），并对碳点的发展前景进行了展望（引用文献79篇）。%A review on the preparation of carbon dots,carbon source materials as well as application of carbon dots in fluorescence analysis(including biological imaging,biological molecule detection and metal ion detection)was presented.Methods for preparation of carbon dots comprising the methods of top-down (including arc discharge method,laser ablation method,electrochemical method and acid oxidation method)and bottom-up (microwave method,hydrothermal method and ultrasonic method)were described.Prospects on the trends of development in this field were also given (79 ref.cited). 【期刊名称】《理化检验-化学分册》 【年(卷),期】2016(052)008 【总页数】7页(P986-992) 【关键词】碳点;制备;荧光分析;应用 【作者】郭颖;李午戊;刘洋;杨连利
新型荧光碳点的制备及金属离子的检测
摘要 越来越多的科学家开始关注碳纳米结构，荧光碳点已经成为了碳纳米材料家族的一位新成员，与其他纳米材料相比，他们具有很多独特和新颖的性质，如稳定的荧光性能，可自由调节的激发和发射波长。碳点的制备方法很多,本文主要研究荧光碳点的制备方法最终采用水热和微波法制备出碳点，再用制备出的碳点来检测金属离子。 关键词：荧光碳点；条件探索;微波法；水热法；金属离子
ABSTRACT In this research, an assay for liberation of drug has been developed based on the properties of localized surface plasmon resonance (LSPR) of gold nanorods . The mechanism of liberation of drug resulted from gold nanorods has been investigated. On the other hand, the optimal experimental condition suitable for in vivo has also been conducted. The results illustrate that this approach is simple and effective .Our research should offer a new technique in clinical treatment. Keywords: Gold nanorods; Localized surface plasmon resonance；Cysteien; Doxorubicin
碳量子点和碳纳米管、石墨烯一样是一种新型碳纳米材料，除了碳材料本身的低毒特性，原材料丰富，生物相容性好之外,碳量子点还有一系列其他的独特的性质，例如:多色荧光性、荧光稳定性、导电性和催化特性等。常用来制备碳量子点的方法分为自上而下和自下而上两种方法,其中自上而下的方法是指大分子碳材料通过一定的物理、化学等方法破碎成小分子的碳纳米颗粒，包括:电解法、酸刻蚀、激光刻蚀和高温热解等方法。而自下而上的方法是指将小分子的碳材料通过一定的化学手段合成团聚成更大分子量的碳纳米颗粒，其中包括：化学合成法、水热法、溶剂热法、等方法. 其中我们主要挑选了几种比较常见的制备碳量子点的方法.自上而下中最长用的是酸刻蚀自然界存在的碳源，或者人工合成出来具有特定结构的碳源，前者是对自然存在的碳源加以利用,后者是为了得到更好的碳结构而处理的.常用酸刻蚀的自然界的碳源包括动物毛发、植物纤维等，例如酸刻蚀人类头发［3］，这类材料最大的特点就是原料丰富,价格低廉，是材料多级利用很好的选择.另外常用碳纤维、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等结构有序的碳材料［4-8］作为碳点的制备原材料,这类材料可以给碳量子点提供更加规则，具有高度结晶特性的结构。碳量子点一般选择硫酸和硝酸等稳定的浓酸作为溶剂刻蚀碳材料，硝酸和硫酸按体积比3：1的混酸是现在酸刻蚀碳材料制备碳量子点的主要方法。这种方法可以根据不同的需要来调节碳量子点表面的含氧基团，是一种表面改性的很好的方法。但是由于酸的引入很难简单地分离和纯化，这也是限制这种方法发展的主要原因。此外除了酸刻蚀方法外，电化学方法点解石墨棒也得到了很大的发展[1]。将电极两端接上一定的电压电解成碳量子点溶液，这种方法简单，易操作，而且
碳点复合材料的制备及其在生物医学中的应 用 近年来，碳点作为一种新型的荧光材料，因其优异的生物相容性、较强的荧光 亮度、好的光稳定性等特点已成为生物医学中备受关注的研究领域。而碳点复合材料的制备则是促进其应用的重要环节。 1. 碳点复合材料的定义 碳点复合材料是指一种由碳点和其他材料（如金属、半导体、聚合物等）组成 的复合材料。其中，碳点可以作为光学和电学传感器、催化剂、荧光探针等广泛应用于生物医学领域。 2. 碳点复合材料的制备方法 碳点复合材料的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法三种。 （1）物理法 物理法主要利用碳点和其他材料之间的吸附力或静电作用，将它们复合在一起。例如，利用静电作用将带正电或负电的碳点溶液和带相反电荷的材料溶液混合，即可制备碳点复合材料。 （2）化学法 化学法是利用碳点表面官能团和其他物质之间的反应，将它们化学结合。例如，将具有官能团的化合物（如胺、羧酸等）溶解在碳点溶液中，通过化学反应将它们与碳点结合，制备出具有新的性质的碳点复合材料。 （3）生物法
生物法主要是利用生物体系中的酶、抗体等生物分子与碳点相互作用，制备出具有生物活性的碳点复合材料。例如，将具有特异性的抗体与碳点结合，可制备出抗体标记的碳点复合材料，用于生物分子检测和细胞成像等研究。 3. 碳点复合材料在生物医学中的应用 （1）光学生物成像 碳点复合材料具有较强的荧光亮度和较好的光稳定性，可用于细胞成像、组织成像等生物医学领域中的光学成像研究。例如，将碳点与荧光染料等结合，可制备出新的标记试剂，用于前列腺癌、肿瘤等疾病的诊断。 （2）光学传感器 利用碳点的优异荧光特性，制备出具有生物传感功能的碳点复合材料。目前已有研究利用碳点复合材料检测生物分子、环境污染物等，其中生物分子检测中主要应用于DNA检测、蛋白质检测等方面。 （3）药物传递 碳点复合材料在药物传递领域也有广泛的应用。例如，将药物与碳点复合材料结合，可制备出具有控制释放功能的药物载体，实现对药物的定向输送，提高疗效和减少副作用。 4. 总结 随着人们对生物医学研究的深入，碳点复合材料作为一种新型的材料已成为生物医学领域中的研究热点。虽然其制备方法和应用还存在着一些问题和挑战，但对此进行深入研究和探索将有助于碳点复合材料在生物医学领域的发展和应用。