熒光碳點(diǎn)是一種零維的半導(dǎo)體納米材料,，尺寸一般小于10nm,，由一些分子或原子組成,2004年,，Xu課題組在制備單壁碳納米時意外發(fā)現(xiàn)具有藍(lán)色熒光性能的碳納米粒子,，這一發(fā)現(xiàn)開啟了碳納米粒子制備,、性能與應(yīng)用研究的大門,。2006年,，Sun課題組制備出的熒光碳納米顆粒，在光致激發(fā)下能發(fā)出明亮的熒光,，被稱為碳點(diǎn)(CDs),。研究發(fā)現(xiàn)熒光碳點(diǎn)具有的熒光特性、度的穩(wěn)定性,、低,，并且無光漂白，以及熒光發(fā)射譜可隨激發(fā)波長的變動而調(diào)節(jié)等,。熒光碳點(diǎn)的生物兼容性,、友好性等一系列不斷著人們,，使其在光學(xué)生物成像和生物學(xué)應(yīng)用上也顯示出的應(yīng)用。

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碳量子點(diǎn)的應(yīng)用

作為的零維碳納米材料,，CDs不具有水溶性和生物相容性等特點(diǎn),，還擁有發(fā)光度大、發(fā)光范圍可調(diào),、雙光子吸收截面大,、光、無光閃爍,、易于功能化,、、易大規(guī)模等*的,，使其在生物成像,、傳感器、光催化,、太陽能電池等領(lǐng)域有著的應(yīng)用,。

3.1 生物成像和生物標(biāo)記

目前已有許多傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)或者有機(jī)熒光染料被應(yīng)用于生物成像、生物標(biāo)記,。遺憾的是,，無論是傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)還是熒光染料，它們對都具有一定的生物,，不利于,，容易導(dǎo)致，限制了它們在生物檢測和成像方面的應(yīng)用,。相對于傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)或者有機(jī)熒光染料,，CDs具有光學(xué)特性和低，使得其在生物成像、生物標(biāo)記方面受到度,。通常被用于生物體及成像的CDs,，粒徑都較小，低且易于排出體外,，可作為生物體及成像的材料,。

3.2 傳感器

(1)熒光傳感器

熒光光譜法因其儀器操作、靈敏度等而備受研究學(xué)者的喜愛,。由于CDs的發(fā)光性質(zhì)與其表面的結(jié)構(gòu)有關(guān),，通過CDs與待測物質(zhì)之間的作用，從而改變表面電子空穴對之間的復(fù)合效率,，使體系的熒光信號發(fā)生增或猝滅,，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)對待測物質(zhì)的定性和定量分析。

圖7 Zr(CDs-COO)₂EDTA開關(guān)式熒光探針測定F-機(jī)理^[7]

圖8 CDs-BSA-Lys熒光探針測定Cu²⁺機(jī)理^[8]

內(nèi)的pH值對間信號傳導(dǎo),、鈣濃度調(diào)節(jié),、離子傳輸和體內(nèi)平衡關(guān)。異硫氰酸酯(FITC)的熒光特性與pH有關(guān),，FITC-CDs的熒光比率在pH 5-8之間呈線性變化，因此很適合于制作內(nèi)pH傳感器,。

圖9 雙光子pH傳感器CDs-TPY(三聯(lián)吡啶)探針示意圖^[9]

目前,，CDs在熒光中的應(yīng)用已經(jīng)來廣，除了應(yīng)用于上述的 Cu²⁺,、F^-以及DNA的檢測外,，還適用于其他物質(zhì)的檢測，表1顯示了部分基于CDs材料的熒光法檢測,。

表1 基于CDs的熒光法傳感器^[1]

(2)電化學(xué)分析

電化學(xué)分析方法具有靈敏度,、選擇性好等，同時,，電化學(xué)生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)對活體進(jìn)行分析,，因此電化學(xué)分析法在生物、等領(lǐng)域得到了放入應(yīng)用,。作為碳納米材料之一,，CDs也具有碳納米材料的一些性質(zhì)，比如導(dǎo)電性好,，比表面積大等,。相比于其他碳納米材料，CDs具有方法,、水溶性好,、低和生物相容性好等。因此，CDs是一種較為的納米電材料,。

圖10 rGO-CDs的及DA的電化學(xué)檢測機(jī)理^[10]

DA分子內(nèi)存在的苯環(huán)容易與rGO形成π-π作用,，而rGO具有的導(dǎo)電性和氧化性，CDs又含有的羧基和羥基具有的分散性和吸附相容性,，所以rGO-CDs能夠進(jìn)一步增對DA檢測的選擇性及體系的靈敏性,。同時利用CDs與多壁碳納米管 ( MWCNTs)層層自組裝形成MWCNTs-CDs-MWCNTs復(fù)合納米材料并修飾于電表面，用于同時檢測鄰,、對,、間苯二酚。MWCNTs具有好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,，同時還具有的度和韌性,，是修飾電的好材料，但由于其在電表面的吸附能力差并且排列混亂,，往往修飾電檢測效果不佳,。由于CDs具有的分散性和吸附相容性，使修飾了氨基的MWCNTs與CDs的羧基相互作用,，CDs的靜電連接作用使MWCNTs的層與層之間有序的結(jié)合,，增加了MWCNTs的比表面積和導(dǎo)電能力，MWCNTs之間的有序排列并形成一定的空隙,，使MWCNTs- CDs的導(dǎo)電性,、選擇性和氧化還原性能提，能地實(shí)現(xiàn)對鄰苯二酚,、對苯二酚和間苯二酚的同時測定,。

表2 基于CDs的電化學(xué)傳感器^[1]

CDs不具有的電化學(xué)信號，還具有石墨烯等碳納米材料所不具備的一些性質(zhì)：的發(fā)光性,。利用這兩種特性,，CDs在電化學(xué)發(fā)光分析(ECL)中也得到了的應(yīng)用。隨著研究的不斷,，靈敏度,，準(zhǔn)確性好的基于CDs的電化學(xué)發(fā)光傳感器將被不斷地研究開發(fā)。

(3)電催化

隨著納米科學(xué)地不斷進(jìn)步,，,、經(jīng)濟(jì)的光催化劑備受青睞，特別是在帶隙能量,、化學(xué)成分和表面改性方面,。CDs具有尺寸依賴性，的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì),，且響應(yīng)波長從近紅外區(qū)延伸到藍(lán)色,、可見光區(qū),，使其具有的光催化性能。例如CDs /TiO₂,、CDs /ZnO等復(fù)合材料,。

圖11 石墨烯量子點(diǎn)GQDs(CDs的一種)光催化的多敏化模型^[11]

CDs /TiO₂與純TiO₂比較，在全光譜下的光催化速率提2倍,，在可見光下的光催化速率提6倍,。CDs /TiO₂復(fù)合材料能夠地提體系的光催化效率，主要原因有：一方面是CDs可以作為電荷存儲器,，減少TiO₂表面電子-空穴的復(fù)合,；另一方面是CDs具有的上轉(zhuǎn)換特性，能夠吸收400-600 nm的可見光,，并將其轉(zhuǎn)換為300-400 nm的紫外光,，從而激發(fā)了TiO₂產(chǎn)生電子-空穴對，而電子空穴能夠吸收氧化劑或還原劑(通常是O₂/OH^-),，產(chǎn)生活性自由基(如O₂^-,，OH)，從而提對有機(jī)染料降解能力,。

CDs /ZnO材料作為光催化劑,，光催化降解有氣體(苯和甲醇)，CDs在增材料的光催化性能方面發(fā)揮的作用,。先,，CDs負(fù)載在ZnO表面形成dyade結(jié)構(gòu)，在可見光照射下可誘導(dǎo)電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移,。在dyade 結(jié)構(gòu)中,，CDs上的光誘導(dǎo)電子處于電子轉(zhuǎn)移中間態(tài),，而在ZnO上的空穴仍保持電子結(jié)構(gòu),，這個過程可以抑制電子-空穴對復(fù)合，同時通過CDs表面吸附的O₂與CDs上的電子組合形成氧自由基(O₂^-),，確保在可見光激發(fā)下光生電子和空穴具有反應(yīng)活性,。其次，利用CDs的上轉(zhuǎn)換特性,，將吸收的長波長的光轉(zhuǎn)換成短波長的光反過來激發(fā)ZnO,，從而形成電子-空穴對。后,，在苯的降解過程中,，CDs和苯環(huán)的π-π共軛作用有利于苯在CDs /ZnO納米復(fù)合材料表面的聚集，克服了有機(jī)污染物在材料表面覆蓋率低的瓶頸,。通過以上三步的協(xié)同作用,，CDs/ZnO納米復(fù)合材料較未修飾的ZnO具有的光催化活性,。

同時，基于CDs的其他復(fù)合材料(如：CDs/C₃N₄,、CDs/Fe₂O₃,，CDs/Ag /Ag₃PO₄，CDs/Cu₂O等)在光催化方面也得到了的應(yīng)用,。

(4)太陽能電池

由于CDs具有寬吸收窄發(fā)射特性,、的光電轉(zhuǎn)換性能以及的電子遷移率，使其在太陽能電池方面得到了的應(yīng)用,。CDs一般用于染料敏化太陽能電池中,。

(5)發(fā)光二管

作為非金屬發(fā)光材料，CDs在發(fā)光二管(LED)等中也得到了的應(yīng)用,。三基色的CDs制備,，即：由鄰苯二胺制備出發(fā)綠光的CDs，由間苯二胺制備出發(fā)藍(lán)光的CDs,，由對苯二胺制備出發(fā)紅光的CDs,。通過調(diào)節(jié)不同比例的三種CDs，制備出多種顏色的PVA膜,，其為制備三基色的CDs在LED上的應(yīng)用提供了可能性,。