零维碳材料的合成及吸附性能应用和现代研究

2020年12月Dec.2020润滑油LUBRICATING OIL第35卷第6期V ol.35,N o.6D O I：10.19532/j. cnki. cn21 -1265/tq. 2020.06.009 文章编号:1002-3119(2020)06-0043-09碳纳米材料在润滑油脂中的应用开发彭春明，张玉娟，张晟卯，杨广彬，宋宁宁,张平余(河南大学纳米材料T程研究中心，河南开封475001 )摘要:纳米材料因在润滑油脂中展现出优越的摩擦学性能引起人们极大的兴趣。

碳纳米材料因其多样且独特的形态和微观结 构，具有物理化学性能独特、热稳定性强和剪切强度低等特点，作为润滑油脂添加剂在高温、长效、环保要求高的润滑环境中具 有不可替代的优势。

文章从碳纳米材料的结构、表面改性、与其他润滑材料复合等方面综述了碳纳米材料作为添加剂在润滑 油脂领域中的性能和机制研究及其应用开发。

关键词:碳纳米材料;添加剂;综述中图分类号:TE624.82 文献标识码:AApplication and Development of Carbon Nanomaterials in Lubricating Oil and GreasePENG Chun - ming, ZHANG Yu - juan, ZHANG Sheng - mao, YANG Guang - bin,SONG Ning-ning，ZHANG Ping-yu(Engineering Research Center for Nanomaterials of He^nan University, Kaifeng 475001, China)Abstract ：Nanomaterials are of great interest because of their excellent tribological properties in lubricating oil and grease. Carbon nanomaterials have unique physical and chemical properties, strong thermal stability and low shear strength due to their diverse and unique morphology and microstructure. As lubricant additives, they have irreplaceable advantages in high temperature, long - term and high environmental protection requirements. In this paper, the properties, mechanism and ap­plication of carbon nanomaterials as additives in the field of lubricating oil and grease are reviewed from the aspects of struc­ture, surface modification and composite with other lubricating materials.Key words：carbon nanomaterials；additive；review〇引言摩擦磨损是机械运转过程中能量和材料损耗的 主要原因。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第5期·1734·化 工 进展碳量子点的合成、性质及应用高雪1，2，孙靖1，2，刘晓1，2，王华1，2，韩金玉1，2（1天津大学化工学院，天津 300072；2绿色合成与转化教育部重点实验室，天津 300072）摘要：碳量子点的研究引起了国内外学者的广泛关注，近年来更是掀起了以天然物质为碳源制备碳量子点的研究热潮。

本文基于碳量子点的最新研究进展，总结了碳量子点不同的合成方法，主要包括电弧放电法、激光销蚀法、电化学合成法等“自上而下”合成法与燃烧法、水热法等“自下而上”合成法。

此外，还重点介绍了碳量子点的表征技术，如透射电子显微镜、拉曼光谱、荧光光谱、紫外可见光谱、X 射线衍射、核磁共振技术等，以及碳量子点的性质及其在生物成像、生物传感与检测和光催化等领域的应用。

最后展望了未来碳量子点在光催化、电催化等领域研究工作的发展方向。

关键词：碳量子点；合成方法；荧光；生物成像；光催化中图分类号：O613.71 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1734–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.023Carbon quantum dots: synthesis ，properties and applicationsGAO Xue 1，2，SUN Jing 1，2，LIU Xiao 1，2，WANG Hua 1，2，HAN Jinyu 1，2（1School of Chemical Engineering and Technology ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China; 2Key Laboratory forGreen Chemical Technology of Ministry of Education ，Tianjin 300072，China ）Abstract ：As a kind of burgeoning carbon nanomaterials ，carbon quantum dots have attracted muchresearch attention in recent years ，especially those prepared by using natural substances as the origin of carbon. In this review ，various synthesis methods of carbon quantum dots were introduced based on the latest research progress ，including top-down approach and bottom-up approach. In addition ，we summarized the typical characterization methods for carbon dots ，such as TEM ，Raman spectrum ，fluorescence spectrum ，ultraviolet-visible spectrum ，X-ray diffraction ，and nuclear magnetic resonance. The properties of carbon quantum dots and their applications in bioimaging ，biological sensing and detection as well as photocatalysis are also introduced. Finally ，the future development of carbon quantum dots in photocatalysis and electrocatalysis are forecasted. Key words ：carbon-quantum-dots ；synthetic approaches ；photoluminescene ；bioimaging ；photocatalysis碳元素是自然界中含量最丰富的元素之一，也是构成生命体最基本的元素。

碳纤维材料的制备及应用研究碳纤维材料是一种高性能、高强度和轻质的材料，在航空、航天、汽车、船舶、体育器材等领域有广泛的应用。

本文将介绍碳纤维材料的制备方法及其应用研究。

一、碳纤维材料的制备方法碳纤维的制备主要包括三个步骤：前驱体制备、纺丝成纤维和碳化。

1.前驱体制备前驱体是指材料转化为碳纤维前的预处理材料。

常用的前驱体有聚丙烯腈（PAN），煤沥青和轮胎树脂等。

其中，PAN是制备碳纤维的主要前驱体。

PAN通过干法纺丝制备成PAN纤维，然后进行预氧化处理，将预氧化的PAN纤维进行拉伸，再进行热解，最终得到碳纤维。

2.纺丝成纤维纺丝是将前驱体制备成精细单体并熔融成纤维的过程。

纺丝方式包括湿式法、干式法和气流旋转纺丝法等。

其中，湿式法是制备PAN基碳纤维最常用的方法。

3.碳化碳化是指在高温下，将前驱体中的非碳元素脱除，形成含碳量达到90%以上的纤维。

碳化条件是热解温度和时间，温度在1300℃左右，时间从几小时到几十小时不等。

碳化过程中，纤维的密度增大，晶体成分变化，力学性质也随之变化。

二、碳纤维材料的应用研究1. 航空领域碳纤维材料在航空领域中的应用主要是替代传统的铝合金和复合材料制造飞机的结构部件，以减少飞机的重量和燃料消耗。

碳纤维材料是制造各种结构部件的理想材料，包括机翼、机身、进气道和发动机等。

2. 船舶领域碳纤维材料在船舶领域的应用主要是制造高速艇、游艇和各种竞赛船只的外壳和桅杆等结构件。

碳纤维材料具有优异的刚性和强度，可以有效减少船只的自重，提高船只的速度和灵活性。

3. 汽车领域碳纤维材料在汽车领域中的应用主要是用于制造车身外壳和底盘结构件等部件。

碳纤维材料具有高强度和轻质化特点，能够大大降低汽车的自重，提高汽车的燃油经济性和性能。

4. 体育器材领域碳纤维材料在体育器材领域中的应用主要是制造高档的高尔夫球杆、足球鞋、网球拍和自行车等体育用品。

碳纤维材料具有优异的刚性和强度，能够提高运动器材的性能表现。

目录常见碳材料及应用简介 (2)富勒烯 (2)2.石墨 (4)3.石墨烯 (4)参考文献 (5)常见碳材料及应用简介常见碳材料主要有零维的富勒烯，一维碳纳米管，二维石墨烯和三维金刚石。

炭材料是指“主要由碳元素构成的材料，以碳原子的结合形式或集合样式显示不同的机能和形态”。

炭材料几乎具备其他材料所拥有的所有性能，其中便包含了众多看似矛盾的性质。

例如，全透光的金刚石，全吸光的石墨；最硬的物质的金刚石，最软物质之一的石墨；绝缘体的金刚石，高导电的石墨稀；高导热的金刚石，隔热材料的炭气凝胶等等。

正是这些突出而强大的材料功能，1996年和2010年分别因碳纳米材料富勒烯和石墨烯的发现和研究而授予诺贝尔奖，可见人们对炭材料所寄予的厚望[1]1.富勒烯富勒烯（Fullerene），是一种完全由碳组成的中空分子，形状呈球型、椭球型、柱型或管状。

富勒烯在结构上与石墨很相似，石墨是由六元环组成的石墨烯层堆积而成，而富勒烯不仅含有六元环还有五元环，偶尔还有七元环。

大量低成本地制备高纯度的富勒烯是富勒烯研究的基础，自从克罗托发现C60以来，人们发展了许多种富勒烯的制备方法。

目前较为成熟的富勒烯的制备方法主要有电弧法、热蒸发法、燃烧法和化学气相沉积法等。

富勒烯作为一种新型碳材料，由于独特的笼状结构，已在超导、太阳能电池、催化、光学、高分子材料以及生物等领域表现出优异的性能，具有广阔的发展前景。

C60是富勒烯家庭中相对最容易得到、最容易提纯和最廉价的一类，因此C60及其衍生物是被研究和应用最多的富勒烯，富勒烯主要有以下应用。

（1）太阳能电池富勒烯具有优越的氧化还原性、高的电子亲和能，小的重组能，优异的迁移率。

而功能化的富勒烯衍生物不仅能够保持富勒烯自身特性，同时也实现了可溶液加工以及物理化学性质的调控。

通过在富勒烯上引入不同的官能团，可以进一步调控富勒烯衍生物的溶解性，能级，表面能，及其在固体状态的取向、分子间作用力，以实现富勒烯衍生物的多功能化，使得富勒烯成为在太阳能电池应用中的一种理想的受体材料。

《新型多孔碳材料的合成与应用研究》篇一一、引言随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，新型多孔碳材料作为一种高效、环保的吸附和分离材料，逐渐成为了科研领域的热点。

这种材料具有独特的孔结构、高的比表面积和良好的化学稳定性，广泛应用于能源存储、环境治理、催化剂载体等领域。

本文将详细介绍新型多孔碳材料的合成方法、结构特性及其在各领域的应用研究。

二、新型多孔碳材料的合成方法1. 物理法物理法主要是通过高温炭化或物理活化法等手段合成多孔碳材料。

该方法主要优点是过程简单、成本低，但合成出的多孔碳材料孔径分布较宽，比表面积相对较小。

2. 化学法化学法主要包括模板法、溶胶凝胶法等。

这些方法能够制备出孔径分布窄、比表面积大的多孔碳材料。

其中，模板法是利用模板剂的引导作用，制备出具有特定形状和尺寸的多孔碳材料。

三、新型多孔碳材料的结构特性新型多孔碳材料具有以下特点：1. 高的比表面积：多孔碳材料具有丰富的孔隙结构，从而具有较高的比表面积，有利于吸附和分离等应用。

2. 可调的孔径分布：通过调整合成过程中的条件，可以制备出不同孔径分布的多孔碳材料，以满足不同应用的需求。

3. 良好的化学稳定性：多孔碳材料具有良好的耐酸碱、耐高温等特性，使其在恶劣环境下仍能保持良好的性能。

四、新型多孔碳材料的应用研究1. 能源存储领域新型多孔碳材料作为锂电池、超级电容器等能源存储设备的电极材料，具有优异的电化学性能。

其高的比表面积和良好的导电性，使得电极材料能够充分接触电解质，提高电化学性能。

2. 环境治理领域多孔碳材料对有机污染物、重金属离子等具有良好的吸附性能，可用于废水处理、空气净化等领域。

此外，其优良的再生性能和可循环使用特点，降低了环境治理成本。

3. 催化剂载体多孔碳材料可作为催化剂载体，提高催化剂的分散性和稳定性。

同时，其独特的孔结构有利于反应物的扩散和传输，提高催化反应效率。

五、结论与展望新型多孔碳材料凭借其独特的结构和优良的性能，在能源存储、环境治理、催化剂载体等领域展现出广阔的应用前景。

生物功能化碳量子点制备杨佩;许斌;孙清江【摘要】为了实现碳量子点在细胞荧光成像方面的应用,采用共价修饰的方法对碳量子点进行生物功能化.采用水热法,以柠檬酸为碳源,乙二胺为钝化剂合成了蓝色荧光碳量子点.为了进一步实现碳量子点的共价偶联,对碳量子点进行羧基化处理,然后通过两步功能分子修饰完成生物功能化碳量子点的制备.采用透射电子显微镜、荧光和紫外分光光度计、红外光谱仪、电位粒度分析仪及荧光共聚焦显微镜研究了生物功能化碳量子点的性质和功能.实验结果表明:聚乙二醇(PEG)和核定位肽TAT通过酰胺化反应成功修饰至碳量子点上,叶酸(FA)通过酯化反应成功修饰至PEG末端,两步共价修饰完成了生物功能化碳量子点的制备.该生物功能化碳量子点具有电中性、小尺寸、低毒性和细胞核靶向的功能,适用于细胞荧光成像分析.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(048)004【总页数】6页(P766-771)【关键词】碳量子点;细胞荧光成像;生物功能化;细胞核靶向【作者】杨佩;许斌;孙清江【作者单位】东南大学生物科学与医学工程学院,南京210096;东南大学生物电子学国家重点实验室,南京210096;【正文语种】中文【中图分类】R318.08碳量子点或碳点是一种新型零维碳纳米材料，其尺寸小于10 nm．Xu等[1]在分离与提纯单层碳纳米管时首次发现了碳量子点．碳量子点具有优良的光化学性能、良好的生物相容性、低毒性和易于表面修饰等优点，因此在生物成像、生物传感器以及纳米载体等方面有着广泛的应用[2-4]．通常碳量子点表面拥有不同的功能团，例如，羧基、羟基以及氨基等[5]，表面基团单一性有利于碳量子点进行化学修饰和生物偶联，通过不同的方法可以实现碳量子点表面基团的单一化，如：通过聚乙烯亚胺(PEI)可合成富含氨基的碳量子点[6]，利用氯乙酸钠(ClCH2COONa)可制备得到富含羧基的碳量子点[7]．这些基团不但使碳量子点具有很好的水溶性，同时也有利于具有生物功能的分子对碳量子点的功能化[8]．近年来，作为新一代的诊疗技术，“精准医疗”由于其准确性和快捷性的特点在生物医学领域得到了广泛关注[9]．碳量子点经生物功能化后，不仅拥有碳点本身的优异的荧光、物理和化学性质，还能具有特定生物功能，如癌细胞靶向和细胞核靶向等能力．这些功能可极大地扩展碳点在生物医学领域中的应用，实现细胞内靶向药物运输以及特定位置的荧光成像分析．碳量子点尺寸一般在10 nm以下，非常易于进入细胞内，但对细胞内的细胞器靶向定位甚至进入到细胞核中仍然是个极具挑战性的任务[10]．PEG是一种呈中性的水溶性聚合物分子，具有良好的生物相容性，被广泛地用作修饰或掺杂分子以提高生物材料的生物相容性[11-12]．修饰PEG的方法大致可分为2类：一步合成和二步修饰．一步合成方法主要将PEG作为碳量子点合成的碳源或钝化剂，使得碳量子点在合成后含有PEG，拥有良好的生物相容性[13]；二步修饰方法是在合成碳量子点后，再将PEG作为可修饰的功能分子，通过共价键偶联至碳量子点表面，PEG能很好地保持其分子的完整性，对碳量子点的物理、化学和荧光等方面的稳定性有着很大的提升，提高了碳量子点的抗环境干扰能力[14]．TAT被用作经典的核定位信号序列，可用于实现碳量子点作为纳米载体对细胞核靶向的功能[15]．FA是一种典型的细胞靶向分子，能与细胞膜上的叶酸受体相结合，促进其进入细胞，而癌细胞表面拥有过度表达的叶酸受体，可以通过FA实现被癌细胞摄取的能力[16]．本文用预先羧基化处理的碳量子点(CD)修饰生物分子PEG，TAT和FA，制备了生物功能化的碳量子点．第1步利用羧基与氨基的EDC/NHS反应一步在羧基化的碳量子点表面偶联上PEG和TAT，制备了具有良好生物相容性和细胞核靶向的水溶性碳量子点(TAT-CD-PEG)．第2步通过TAT-CD-PEG上PEG部分的羟基与FA的羧基之间的酯化反应，将FA修饰至TAT-CD-PEG的表面，为碳量子点提供癌细胞受体介导内吞的功能，最终制备得到PEG，TAT和FA修饰的具有生物功能的碳量子点．1 材料与方法1.1 实验试剂及仪器主要试剂包括：合成碳量子点的原材料柠檬酸(CA)和乙二胺(EDA)，氢氧化钠(NaOH)，氯乙酸钠(ClCH2COONa)，聚乙二醇(PEG)，叶酸(FA)，核定位肽(TAT)，EDC，NHS，PB缓冲液(pH=8.0)．实验所有试剂均为分析纯，所用水均为超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm．主要仪器包括：F-7000型荧光分光光度计(日本Hitachi公司)；JEM-2100型透射电子显微镜(日本JEOL公司)； ZS90型电位粒度分析仪(美国Malvern公司)；红外光谱仪(美国Thermo 公司)；TSC-SP8型共聚焦显微镜(德国Leica公司)；冷冻干燥机(中国北京医康实验仪器有限公司)；CT18RT型离心机(美国Techcomp公司)；KQ-500DB型超声波振荡仪(中国昆山市超声仪器有限公司)；紫外可见分光光度计(日本Hitachi公司)．1.2 碳量子点的制备碳量子点合成根据文献报道的方法[17]，以柠檬酸为碳源，乙二胺为表面钝化剂，通过水热法合成，具体方法为：合成所用柠檬酸与乙二胺以摩尔比为1∶4溶于50 mL水中，再将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180 ℃条件下加热5 h；待冷却至室温后，将得到的碳量子点原液用分子截留量为1 kDa的透析袋透析2 d，除去未反应完全的反应物；最后将透析后的碳量子点溶液用冷冻干燥机进行浓缩，得到纯化后的碳量子点溶液．1.3 碳量子点羧基化将1 mg/mL的碳量子点溶液与含有125 mg NaOH和125 mg ClCH2COONa的水溶液混合，水浴超声3 h；再将此碳量子点溶液用稀HCl调节pH值至中性后，用分子截留量为1 kDa的透析袋透析1 d，经冷冻干燥浓缩后得到羧基化的碳量子点溶液．1.4 荧光量子产率计算碳量子点的荧光量子产率通过以下公式计算得到：式中，Q, QR分别为待计算物质和参照荧光物质的荧光量子产率；I,IR分别为待计算物质和参照荧光物质的发射光谱荧光强度；A,AR分别为待计算物质和参照荧光物质的吸收强度;n,nR分别为待计算物质和参照荧光物质的折射率．本文选取的参照荧光物质为硫酸奎宁，当以360 nm为激发波长时，硫酸奎宁在0.1 mol/L的硫酸溶液中的荧光量子产率为0.54．碳量子点与硫酸奎宁的溶剂折射率均为1.33，为最小化吸收带来的影响，取碳量子点吸收值强度小于0.1，以此计算得碳量子点的荧光量子产率．1.5 TAT-CD-PEG制备将1 mg/mL羧基化后的碳量子点溶液与含有15 mg EDC和10 mg NHS的水溶液混合，水浴超声1 h，对碳量子点表面的羧基进行活化；往活化后的碳量子点溶液中同时加入20 mg/mL的PEG溶液和4 mg/mL的TAT溶液，搅拌24 h，用分子截留量为2 kDa的透析袋透析1 d，经冷冻干燥浓缩后得到PEG和TAT修饰的碳量子点(TAT-CD-PEG)．1.6 FA偶联TAT-CD-PEG通过FA一端的羧基与TAT-CD-PEG表面的羟基之间的酯化反应，将FA修饰至TAT-CD-PEG表面．具体实验过程如下:将FA溶于pH为8.0的PB缓冲液中，得到浓度为1 mg/mL的FA溶液，与含有10 mg EDC和15 mg NHS的PB缓冲液混合，活化FA上的羧基1 h；随后往活化后的FA溶液中加入4 mg/mL的TAT-CD-PEG溶液，室温避光环境下搅拌24 h，用分子截留量为1 kDa的透析袋透析1 d，经冷冻干燥浓缩后得到TAT-CD-PEG-FA．1.7 细胞成像HeLa细胞拥有较大的细胞核，将其选作成像用细胞．分别完成了TAT-CD-PEG和TAT-CD-PEG-FA与HeLa细胞培养2组实验．在HeLa细胞培养液中分别加入0.1 mg/mL的TAT-CD-PEG和TAT-CD-PEG-FA溶液与HeLa细胞共培养，分别培养2, 4, 6, 12 h后，用PB缓冲液冲洗，并用多聚甲醛将细胞固定，用核酸染料Syto 9对HeLa细胞核进行染色，通过共聚焦显微镜观察成像结果．用405 nm激发波长激发TAT-CD-PEG-FA荧光，收集440～460 nm范围内发射的荧光，488 nm激发波长激发Syto 9，收集490～510 nm范围内发射的荧光．2 实验结果与讨论2.1 CD的性质图1对CD的性质进行了表征．由CD的荧光光谱(见图1(a))可看出，该CD没有激发波长依赖性，在以320～380 nm波长激发时，CD的发射波长在450 nm处，属于蓝光波长范围，在紫外灯照射下CD呈明亮的蓝色荧光(见图1(b))．该CD具有良好的荧光性质．对CD的吸收(见图1(c))进行了测定，CD在350 nm处有非常明显的吸收峰，并且通过CD在360 nm处的吸收值，由荧光量子产率公式计算出CD的荧光量子产率为 25%．进一步对CD进行了TEM表征(见图1(d))，从TEM照片可以看出CD具有很好的单分散性，经粒径统计(见图1(e))，CD的尺寸为(1.4±0.5) nm．通过荧光特性和粒径分析可以得知CD具有良好的光学性质，并且具有较小且均一的尺寸分布和良好的单分散性，可用于进一步的生物功能化．(a) 荧光光谱(b) 荧光照片(c) 吸收光谱(d) TEM(e) 粒径统计图1 CD性质表征2.2 TAT-CD-PEG-FA的荧光和红外表征通过两步功能化分别将PEG，TAT和FA共价偶联至CD表面，完成TAT-CD-PEG-FA的制备(见图2)．首先对两步功能化前后CD的荧光进行了测定(见图3(a))，对比偶联前后CD的荧光，可以看出，两步共价偶联后，CD的荧光强度有一定程度的下降，但发射波长仍在450 nm处，并未发生移动．通过红外光谱对功能分子的成功修饰进行验证，红外光谱(见图3(b))中TAT-CD-PEG-FA中PEG特征峰2 950 cm-1(CH振动峰)、1 050 cm-1(CH特征峰)，TAT特征峰1 551 cm-1(NH振动峰)、1 690 cm-1(CO振动峰)和FA特征峰1 605,1 480 cm-1的出现表明各功能分子的偶联成功．图2 TAT-CD-PEG-FA制备示意图(a) 荧光光谱(b) 红外光谱图3 CD生物功能化表征2.3 TAT-CD-PEG-FA的物理化学性质制备完成TAT-CD-PEG-FA后，使用电位粒度分析仪对其Zeta电位与DLS进行了测量．从Zeta电位图谱(见图4(a))中可看出，CD生物功能化前后的Zeta电位发生了变化，由最初CD的-24.3 mV到TAT-CD-PEG的-3.2 mV，再到TAT-CD-PEG-FA的2.4 mV，表明CD在进行两步生物功能化之后Zeta电位呈中性．水动力尺寸(见图4(b))从最初的4.1 nm 到最后的6.1 nm，表明在生物功能化后CD的水合动力尺寸有略微增加，仍保持了较小的水合动力尺寸．为了确保TAT-CD-PEG-FA能应用于细胞内，对其进行细胞毒性实验，MTT实验(见图4(c))表明在不同浓度TAT-CD-PEG-FA条件下，细胞存活率在95 %以上，表明该TAT-CD-PEG-FA具有低毒性．纳米材料在细胞内进行应用需要满足以下特点：① 低毒性，保证材料在进入细胞后，不会对细胞生存和正常的代谢活动产生较大的影响或杀死细胞；② 生物相容性好，良好的生物相容性能使纳米材料更容易进入细胞；③ 小尺寸，尺寸越大进入细胞的难度越大，甚至有可能引起细胞的免疫应答，小尺寸的纳米材料更容易被细胞吞噬进细胞内；④ 呈电中性，细胞内有各种带电的蛋白，呈正电或负电的纳米材料进入细胞容易通过经典作用被细胞的蛋白吸附，造成非特异性吸附，不利于纳米材料在细胞内实现相应的功能．本文中合成的CD 本身具有小尺寸和低毒性的特点，经过PEG和FA生物功能化修饰后不仅能提高CD的生物相容性，还能提高CD进入细胞的效率．经生物功能化后，TAT-CD-PEG-FA仍然具有较小的水合动力尺寸，并且带电性呈中性，可将此TAT-CD-PEG-FA应用于细胞内．2.4 细胞成像将未修饰FA的碳点TAT-CD-PEG和生物功能化碳量子点TAT-CD-PEG-FA分别与HeLa细胞共培养，经2组实验对比验证TAT-CD-PEG-FA 上的FA能通过癌细胞表面的FA受体实现对TAT-CD-PEG-FA的快速内吞和TAT-CD-PEG-FA的细胞核靶向作用．通过共聚焦显微镜观察所制备的TAT-CD-PEG-FA在2组细胞实验中癌细胞受体介导内吞的功能与细胞核靶向的能力．在共聚焦显微镜成像结果(见图5)中，蓝色荧光为碳量子点荧光，绿色荧光为细胞核染料Syto 9的荧光．可以看出，TAT-CD-PEG与HeLa细胞培养4 h后细胞质中出现明显的CD 蓝色荧光；12 h后细胞核中CD的蓝色荧光明显增强．而TAT-CD-PEG-FA与HeLa细胞培养2 h后细胞质中已出现明显的碳量子点蓝色荧光，6 h后细胞核中出现明显CD蓝色荧光，12 h后细胞质与细胞核中碳量子点蓝色荧光相对6 h时无明显变化．实验结果表明，CD修饰FA使癌细胞更易于摄取CD，提高了CD 进入细胞的速度，而TAT的修饰使CD具有细胞核靶向的功能．(a) Zeta电位(b) DLS(c) MTT实验图4 物理化学性质表征(a) TAT-CD-PEG与细胞培养2 h(b) TAT-CD-PEG与细胞培养4 h(c) TAT-CD-PEG与细胞培养6 h(d) TAT-CD-PEG与细胞培养12 h(e) TAT-CD-PEG-FA与细胞培养2 h(f) TAT-CD-PEG-FA与细胞培养4 h(g) TAT-CD-PEG-FA与细胞培养6 h(h) TAT-CD-PEG-FA与细胞培养12 h图5 细胞成像荧光共聚焦图片3 结论1) 碳量子点具有良好的荧光性质且具有低毒性、生物相容性好和易于表面修饰的特点，使得碳量子点在细胞内离子、生物分子的检测与细胞荧光成像方面的应用有着明显的优势．对碳量子点进行功能化，不仅能提升碳量子点的性质，还能赋予碳量子点特殊功能，扩展碳量子点在各个领域中的应用．2) 本文合成了荧光性质优异的碳量子点，为了使碳量子点在细胞荧光成像分析中的应用更为广泛，对预先羧基化处理的碳量子点通过共价修饰的方式进行了生物功能化．PEG，TAT和FA的修饰分别赋予了碳点良好的生物相容性、细胞核靶向和易于被癌细胞摄取的能力，成功制备了生物功能化碳量子点(TAT-CD-PEG-FA)．该生物功能化的碳量子点具有电中性、小尺寸、低毒性的特点和细胞核靶向的能力，并且能够实现细胞内的荧光成像分析．3) 良好的物理化学性质保证了生物功能化碳点有望被用作纳米示踪剂，可实现细胞内的癌症标志物或特殊药物靶点的高分辨原位荧光成像分析．该生物功能化碳量子点可作为纳米载体，实现对抗癌药物指定位置的运输，达到“精准医疗”的目的．参考文献 (References)DOI:10.1039/c6ra11660d.[9]Garland M, Yim J J, Bogyo M. 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Highly photoluminescent carbon dots for multicolor patterning, sensors, and bioimaging [J]. Angewandte Chemie, 2013, 125(14): 4045-4049.DOI：10.1002/ange.201300519.【相关文献】[1]Xu X Y, Ray R, Gu Y L, et al. Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments[J]. Journal of the American Chemical Society, 2004, 126(40): 12736-12737. DOI:10.1021/ja040082h.[2]Zhao S J, Lan M H, Zhu X Y, et al. Green synthesis of bifunctional fluorescent carbon dots from garlic for cellular imaging and free radical scavenging[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(31): 17054-17060. DOI:10.1021/acsami.5b03228.[3]Liu S Y, Zhao N, Cheng Z, et al. Amino-functionalized green fluorescent carbon dots assurface energy transfer biosensors for hyaluronidase[J]. Nanoscale, 2015, 7(15): 6836-6842. DOI:10.1039/c5nr00070j.[4]Tang J, Kong B, Wu H, et al. Carbon nanodots featuring efficient FRET for real-time monitoring of drug delivery and two-photon imaging[J]. 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碳纳米材料的性能及应用Z09016114 蔡排枝摘要:纳米材料被誉为21 世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。

本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。

.引言碳纳米材料是指材料微观结构在0-3 维内其长度不超过100nm;由碳原子组成, 材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。

它有四种基本类型:a. 纳米粒子原子团如 C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2 维 d.块体纳米材料如金刚石(3 维。

由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。

由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。

碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。

碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。

由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。

比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”其,性质随直径和螺旋角的同有明显变化。

近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。

.碳纳米材料的性能2.1C60的主要性质及应用C60具有缺电子烯的性质,同时它又兼备给电子能力,六元环间的6:6 双键为反应的活性部位,可发生诸如氢化、卤化、氧化还原、环加成、光化与催化及自由基加成等多种化学反应,并可参与配合作用。

新型碳材料的发展及简介Thｅdevelopment tｒendｏf Severａl Ｋｉｎｄs oｆNｅw Carｂｏn Materiaｌs and Ｉｎtrｏduｃtion摘要碳是世界上含量及广的一种元素。

碳材料在人类发展史上起着主导的行的作用，应用最为出众的一次就是第二次工业革命。

现代对碳材料了的开发及几种新型的碳材料－-碳纳米管、碳纤维、C60、碳素系功能材料。

关键词碳材料碳纳米管碳纤维Ａbstract Caｒbon is an element conteｎt aｎｄworｌｄwide．Ｃaｒｂon mateｒials playｓa dｏminanｔrole ｉn ｔｈｅhistｏry of human ｄevelｏｐmeｎt,ａpｐlｉcａtion ｏｆthｅmost ｏｕtstandｉng ｏne iｓtｈｅseｃonｄｉndustriaｌrevolution．Ｍodern on caｒbｏn maｔerials develｏpｍent anｄｓｅverａl kｉnｄs ｏf neｗcａrｂon maｔerials such aｓＣ120 anｄｃaｒbon nａnoｔｕbｅｓ,ｃarbon fiber ａｎｄcａrbｏn-reｌatｅd fｕnctiｏｎal maｔeｒialｓ．Key worｄs cａｒbon materiaｌｓ，carbｏn ｎanoｔubeｓ,caｒb ｏn fiber1 前言碳是世界上含量及广的一种元素。

它具有多样的电子轨道特性（SP、SP2、SP3杂化）,再加之SP２的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性，因此以碳元素为唯一构成元素的的碳材料。

具有各式各样的性质。

在历史的发展中传统的碳材料包括:木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。

而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭材料:金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、储能型碳材料、玻璃碳，等。

碳量子点的合成及其应用摘要：碳量子点具有良好的光学性质，是一种零维碳纳米材料，多种方式合成制备出的碳量子点粒径尺寸分布均匀，分散性良好，水溶性也较好，碳量子点的应用也非常广泛，在医学领域，化学合成，环境改善方面等都有很好的应用。

关键词：碳量子点；合成引言近年来，碳量子点（CQDs）作为一种新型发光体材料，它不仅具有一定的发光特性，而且也具有光稳定性。

更重要的是，碳量子点不像其它的难溶物质，它的溶解性较好，在水溶液或者其它溶剂中都有较好的溶解性。

在化学检测和合成方面，碳量子点可以功能化，因其优点众多，碳量子点受到了广泛的关注。

不仅如此，碳量子点表面含有大量的基团，例如羟基和羧基等，可以和多种物质进行合成，使它具有水溶性和生物相容性。

碳量子点表面的含氧基团更是为检测水体和土壤中的重金属提供了路径。

碳量子点还具有荧光特性，它的荧光性质为各种传感器提供了有力条件，可以用来检测各种金属或者非金属离子。

碳量子点的发现，可以追溯到2004年。

Xu等人[1]在使用电弧放电法分离纯化单壁碳纳米管的过程中，意外发现了一种新型的纳米级荧光材料，这是碳量子点的最早的发现。

之后Sun等人[2]在2006年用 Nd:YAG激光对石墨和水泥的混合物进行激光刻蚀，然后对其表面进行钝化，制备出了纳米尺寸的碳类似物，并称之为碳点。

目前碳量子点的制备方法可分为两大类：“自上而下”和“自下而上”。

“自上而下”主要包括电弧放电法、激光销蚀法、电化学法和强酸氧化法等。

“自下而上”包括溶剂热合成法、微波合成法、模板法、燃烧法等。

同时碳点在化学传感器、生物成像、药物载体、指纹识别、光治疗技术等方面有实际的用途。

下面对碳点的合成方法和具体的应用领域进行简单的介绍。

一、碳量子点的合成方法1.“自上而下”法。

（1）电弧放电法人们最先发现的碳点，就是使用电弧放电的方法合成的。

在2004年，Xu等人[1]在制备单壁碳纳米管(SWCNTs)时，发现了具有荧光的碳纳米材料，得到了三种粒子，他们利用电弧放电引入羧基官能团，达到增强水溶性的目的，然后用氢氧化钠来提取沉淀物，后进行分离纯化时，发现制备出的碳量子点在365 nm处，能够出现三种颜色的荧光：蓝绿色、黄色、橙色。

低维功能材料的制备与应用研究近年来，低维功能材料作为一种新型的功能材料，备受研究人员的关注。

其在能量转换、储存、传输、光学、电子学、生物学等领域具有广泛的应用前景。

本文展开对低维功能材料的制备与应用研究的探索。

一、低维功能材料的概念所谓低维功能材料，即制造过程中所得到的材料在其中至少有一维尺寸小于100纳米，因此它常被称为纳米材料。

低维功能材料包括二维材料、一维材料和零维材料。

具体来看，二维材料指平面材料，如石墨烯和过渡金属二硫化物；一维材料指纤维状物质，如纳米线、纳米管和纳米棒；零维材料指微球、量子点和纳米粒子。

低维功能材料由于其结构尺寸的微观尺度效应，才呈现出一系列独特的物理、化学和生物学特性，因此在研究上有着广泛的应用。

二、低维功能材料的制备技术制备低维功能材料的技术主要包括物理、化学和生物制备法。

1. 物理制备法物理制备法主要通过物理方法获得纳米级别的材料，包括机械剥离法、溅射法、热蒸发法、物理气相沉积法等。

这些方法制备的低维功能材料通常具有较高的可以重复生长的特点，而且具有较高的质量和晶体结构完整性。

例如，机械剥离法是通过剥离超薄的材料获得二维材料，如石墨烯。

而溅射法主要用于制备金属和半导体薄膜。

热蒸发法则主要用于制备薄膜。

物理气相沉积法通常用于制造一维纳米线和纳米管。

2. 化学制备法化学制备法主要通过化学反应来获得材料，包括溶剂沉淀法、水热法、微波合成法等。

这些方法制备的低维功能材料通常具有更高的比表面积和更大的反应活性，从而可以被广泛应用于分析、催化和生物学等领域。

例如，溶剂沉淀法常用于合成纳米粒子和量子点。

水热法常用于制备金属氧化物、金属磷酸盐等材料。

微波合成法则常用于合成金属氧化物、纳米碳管等。

3. 生物制备法生物制备法是指使用细胞或分子进行合成，通过这种方式获得的低维功能材料通常也具有更大的比表面积和更大的反应活性。

生物制备法也是一种低成本的制备方式。

例如，利用微生物等细胞进行生物制备，可以获得纳米材料。