1 研究目的与意义
碳量子点（Carbon dots，简写为CDs）是一种新型的碳纳米材料，通常呈直径小于10 nm的球状结构，具有独特的荧光性、光学稳定性、水溶性和生物相容性等优点，结构如图1.1所示。自2004年Xu等[1]首次报道，CDs迅速成为国内外的研究热点。特别是以可再生资源生物质为原料制备的绿色CDs，因其原料来源广泛、合成步骤简单、无需使用强酸或有机溶剂，且光学性能优异，十分适合规模化生产而展现出重要的社会和经济价值。
图1.1 碳量子点的结构示意图
2 国内外研究现状
2.1 碳量子点的性质
2.1.1 碳量子点的光学特性
CDs具有优异的光学性质，例如：光稳定性高，激发波长依赖性或独立性、pH敏感的荧光特性、电荷转移特性以及上转换荧光特性等，这些特点使得CDs在多个领域展现出一定的应用潜力。Lin等[2]利用微波处理葡萄糖和聚乙二醇的混合液，得到黄色CDs的悬浮液，洗涤后分散到100 mL水中，通过分析紫外可见吸收光谱，可以在278 nm处能看到明显的吸收峰（图1.2）。
图1.2 碳量子点的紫外-可见吸收光谱[2]
Zhao等[3]使用电化学氧化石墨制备得到了CDs，经8.3 W氙灯连续照射6 h之后，其发光强度仍保持不变且没有闪烁现象，这表明CDs具有良好的荧光稳定性。Bao等[4]利用电化学刻蚀碳纤维获得CDs，发现不同刻蚀电压下得到的CDs发射波长均随着激发波长的增大而增大，即产生红移，由此研究者认为制备得到的CDs具有激发波长依赖性。Sheila等[5]利用电化学氧化石墨的方法制备的粒径为1.9 nm的碳量子点，颗粒粒径分散性小，颗粒表面的共轭结构数量基本相同。在激发波长为290-380 nm的荧光光谱中，尽管激发波长不同，但是发射波峰的位置却相同，只是荧光强度有所不同，此研究表明，碳量子点受激发光的作用产生荧光的波长和颜色比较单一，如图 1.3所示。因此，研究者推测可以通过调整阴极组成成分的方法来实现对CDs发射峰的位置控制，得到具有激发波长依赖性或独立性的CDs，从而实现其在不同领域的应用。
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