碳点的荧光机理研究

碳量子点作为一种尺寸10nm以下的荧光碳纳米材料，具有好的水溶性、低的毒性以及良好的生物相容性。由于碳量子点具有一些的光学性质（相对长的荧光寿命、好的荧光稳定性）而被广泛应用于白光led。大量实验结果表明，碳量子点在用于白光led的荧光粉方面具有巨大的应用潜力。

截至目前，碳点的荧光机理还没有一个统一的解释[21, 22]。传统半导体量子点由于受到量子限域效应影响，使得原来费米能级附近的电子能级由连续态变成分立能级，当受到外界光子的激发时，电子从低能级跃迁到高能级，高能级不稳定再向低能级跃迁时释放光子发出荧光，半导体量子点通过控制量子点尺寸的大小来控制荧光的波长[23]。碳点虽然也是具有量子限域效应的纳米颗粒，但一些碳点晶体结构为石墨型，本身是导体而非半导体，碳点的导带和价带重叠，而不是像半导体量子点那样具有禁带而产生带隙发射。所以不同结构的荧光碳点尺寸小到一定程度是否会出现与半导体量子点相似的分裂能级,也是广大研究者讨论的一个热点。

有研究者认为荧光碳点的荧光机理与表面能带相关[24]，因为纳米颗粒具有非常大的比表面积，当粒径为2 nm时，表面原子占全部原子比例高达80%[25]，会导致纳米颗粒表面原子配位情况较差，通常会有缺陷，同时纳米颗粒为了保持稳定性一般会与其他修饰或者钝化基团连接，起到一种表面修饰的作用。有研究者发现经过表面修饰或者表面钝化的碳点会大大提高荧光量子产率[26]，这两种情形使得碳点产生能带，从而发出荧光。

目前，量子产率较高的碳点多用PEG(聚乙二醇)系列物质进行钝化。利用PEG2000钝化无荧光的碳纳米颗粒后，得到的碳点荧光量子产率高达50% (图 5A)。也有研究者利用N元素修饰合成的碳点前驱体或者直接使用含有N元素的含碳有机物合成，利用紫外波段激发荧光为440~480 nm的蓝光或者蓝绿光[27,28,30]。Yang Y H等[2]利用既含有C骨架又含有N元素的甲壳素原料通过一步水热法直接合成了蓝绿荧光碳点(图 5B)。Li X M等[29]认为碳点发射蓝光或者绿光与其表面氨基的密度有关(图 5C)。与传统的半导体量子点相比，激发和发射波长均短于半导体量子点。虽然它们的制作方法和碳源有所不同，但根据它们性质的相似性可以推断是同一种发光机制产生的受激荧光[27]。

(A) PEG2000修饰不发光碳点后发出绿色和蓝色荧光[30]；

(B) 甲壳素一步法合成碳点[2]；

(C) 碳点表面的氨基密度影响其荧光波长示意图[29]；

(D) 不同尺寸和表面氧化态的碳点在360 nm激发时不同颜色的荧光

西安齐岳生物可以合成各种复杂定制类的核壳型荧光量子点产品，我们的产品涉及到各种的多肽、蛋白、多糖；聚合物修饰的荧光量子点产品.

小分子糖类、醇类和羧酸类制备碳点

碳水化合物和PEG200微波制备深褐色的碳点

发蓝光的碳点（柠檬酸三铵法合成）

无定形碳点

氨基酸为碳源制备的碳点

水热富氮壳聚糖获得碳点，平均粒径在8.6 nm

高度水溶性的碳点

碳点包裹金纳米粒子核-壳结构的复合物(Au@C-dot)

有机硅烷功能化的碳点

表面富含羧基的碳点

聚乙烯亚胺表面修饰的碳点PEI@C-dot

碳点表面用胺基修饰

甘露糖修饰碳点Man-CQDs

转铁蛋白结合碳点的复合物(Tf-CDs)

碳点还原的Cu2O杂化物

TiO2-CDs纳米纤维复合物

Ni(OAC)2和碳点杂化的方法制备Ni纳米粒子/碳点复合物(Ni/CQDs)

表面富含羧基的碳点包裹在SiO2介孔纳米粒子( MSPs) 表面封闭空内的DOX

碳点包载**DOX阿霉素

牛血清白蛋白( BSA)接枝碳点

双发射CdSe@碳点荧光探针

乙二胺功能化修饰碳点

碳点-石墨烯复合物

L半胱氨酸表面功能化修饰碳点

碳点修饰的还原态氧化石墨烯（CDs@RGO）

阿拉伯糖和磷酸酪蛋白肽制备水溶性多色荧光碳点

以上产品的发射峰、浓度：可根据客户需求定制（zhnzhn2021.05.07）