碳點的熒光機理研究

碳量子點作為一種尺寸10nm以下的熒光碳納米材料，具有好的水溶性、低的毒性以及良好的生物相容性。由于碳量子點具有一些的光學性質（相對長的熒光壽命、好的熒光穩定性）而被廣泛應用于白光led。大量實驗結果表明，碳量子點在用于白光led的熒光粉方面具有巨大的應用潛力。

截至目前，碳點的熒光機理還沒有一個統一的解釋[21, 22]。傳統半導體量子點由于受到量子限域效應影響，使得原來費米能級附近的電子能級由連續態變成分立能級，當受到外界光子的激發時，電子從低能級躍遷到高能級，高能級不穩定再向低能級躍遷時釋放光子發出熒光，半導體量子點通過控制量子點尺寸的大小來控制熒光的波長[23]。碳點雖然也是具有量子限域效應的納米顆粒，但一些碳點晶體結構為石墨型，本身是導體而非半導體，碳點的導帶和價帶重疊，而不是像半導體量子點那樣具有禁帶而產生帶隙發射。所以不同結構的熒光碳點尺寸小到一定程度是否會出現與半導體量子點相似的分裂能級,也是廣大研究者討論的一個熱點。

有研究者認為熒光碳點的熒光機理與表面能帶相關[24]，因為納米顆粒具有非常大的比表面積，當粒徑為2 nm時，表面原子占全部原子比例高達80%[25]，會導致納米顆粒表面原子配位情況較差，通常會有缺陷，同時納米顆粒為了保持穩定性一般會與其他修飾或者鈍化基團連接，起到一種表面修飾的作用。有研究者發現經過表面修飾或者表面鈍化的碳點會大大提高熒光量子產率[26]，這兩種情形使得碳點產生能帶，從而發出熒光。

目前，量子產率較高的碳點多用PEG(聚乙二醇)系列物質進行鈍化。利用PEG2000鈍化無熒光的碳納米顆粒后，得到的碳點熒光量子產率高達50% (圖 5A)。也有研究者利用N元素修飾合成的碳點前驅體或者直接使用含有N元素的含碳有機物合成，利用紫外波段激發熒光為440~480 nm的藍光或者藍綠光[27,28,30]。Yang Y H等[2]利用既含有C骨架又含有N元素的甲殼素原料通過一步水熱法直接合成了藍綠熒光碳點(圖 5B)。Li X M等[29]認為碳點發射藍光或者綠光與其表面氨基的密度有關(圖 5C)。與傳統的半導體量子點相比，激發和發射波長均短于半導體量子點。雖然它們的制作方法和碳源有所不同，但根據它們性質的相似性可以推斷是同一種發光機制產生的受激熒光[27]。

(A) PEG2000修飾不發光碳點后發出綠色和藍色熒光[30]；

(B) 甲殼素一步法合成碳點[2]；

(C) 碳點表面的氨基密度影響其熒光波長示意圖[29]；

(D) 不同尺寸和表面氧化態的碳點在360 nm激發時不同顏色的熒光

西安齊岳生物可以合成各種復雜定制類的核殼型熒光量子點產品，我們的產品涉及到各種的多肽、蛋白、多糖；聚合物修飾的熒光量子點產品.

小分子糖類、醇類和羧酸類制備碳點

碳水化合物和PEG200微波制備深褐色的碳點

發藍光的碳點（檸檬酸三銨法合成）

無定形碳點

氨基酸為碳源制備的碳點

水熱富氮殼聚糖獲得碳點，平均粒徑在8.6 nm

高度水溶性的碳點

碳點包裹金納米粒子核-殼結構的復合物(Au@C-dot)

有機硅烷功能化的碳點

表面富含羧基的碳點

聚乙烯亞胺表面修飾的碳點PEI@C-dot

碳點表面用胺基修飾

甘露糖修飾碳點Man-CQDs

轉鐵蛋白結合碳點的復合物(Tf-CDs)

碳點還原的Cu2O雜化物

TiO2-CDs納米纖維復合物

Ni(OAC)2和碳點雜化的方法制備Ni納米粒子/碳點復合物(Ni/CQDs)

表面富含羧基的碳點包裹在SiO2介孔納米粒子( MSPs) 表面封閉空內的DOX

碳點包載**DOX阿霉素

牛血清白蛋白( BSA)接枝碳點

雙發射CdSe@碳點熒光探針

乙二胺功能化修飾碳點

碳點-石墨烯復合物

L半胱氨酸表面功能化修飾碳點

碳點修飾的還原態氧化石墨烯（CDs@RGO）

阿拉伯糖和磷酸酪蛋白肽制備水溶性多色熒光碳點

以上產品的發射峰、濃度：可根據客戶需求定制（zhnzhn2021.05.07）