本科生毕业设计（综述论文）题目：发光的碳纳米点：紧急纳米光化学与材料工程学院高分子材料专业学号0502100312学生姓名王硕指导教师王得印二〇一三年十二月发光的碳纳米点：紧急纳米光希拉·n·贝克和加里·贝克富盖特在内存的罗伯特·d 关键词：荧光、石墨烯、纳米颗粒、纳米技术、量子点应用：6726 2010年Wiley-VCH - GmbH德国& Co .,WeinheimAngewInt,艾德 2010年,49岁,6726 – 6744碳纳米点：类似于其广受欢迎的富勒烯、碳纳米管和石墨烯,纳米碳的最新形式纳米点,鼓舞人心的深入研究。
这些表面钝化含碳量子点,所谓的碳点,结合传统半导体等几个有利的属性量子点(即他们的大小和波长依赖、发光发射、抗光漂白、易于生物偶联) 在不引起固有毒性或元素的负担稀缺和不需要严格的,复杂的,乏味的,昂贵的,或低效的准备步骤。
碳点可以廉价地生产和大规模的(经常使用一步路径和很多方法,可能从生物质浪费中获得来源)从简单的蜡烛燃烧到原位脱水反应激光烧蚀的方法。
在这次审查中,我们总结的最新进展在碳点的合成和表征。
我们还推测他们的未来和讨论潜在的发展在能源使用转换/存储、生物偶联、药物输送、传感器诊断和复合材料。
介绍：碳纳米点构成一种迷人的、纳米碳组成离散的、准球形纳米粒子，大小低于10海里。
[1]通常显示的大小和激发波长(lex)依赖光致发光(PL)行为,碳点吸引越来越多的关注作为新兴的量子点,特别是对于应用程序的规模、成本、和生物相容性是至关重要的。
在这个领域发展频繁出现,与一些重大突破。
在过去两年内发生的几个的进步如图1所示。
通常碳点包含许多羧酸根，因此传授他们优秀的水溶解度和随后的功能化适用各种有机、聚合物、无机或生物物种(图2)。
他们的定义,几乎各向同性连同他们的超细尺寸,形状可调表面功能,和多样性的简单、快速、可以提供一个令人鼓舞的和廉价的合成路线技术平台，碳点发射器可作为替代品其他纳米碳(富勒烯纳米金刚石碳纳米管)。
具有讽刺意味的是,碳点s偶然被发现研究人员净化单壁碳纳米管，单壁碳纳米管通过电弧放电方法制作的。
[1]当处理这些单壁碳纳米管的悬架通过凝胶电泳,令研究人员吃惊的是,分为三个不同类型的纳米材料,包括一个快速移动的高度发光材料。
他们进一步发现,这种碳质材料分馏与许多组件荧光性质的型号是独立的。
而不是单壁碳纳米管他们正在寻找,研究人员分析了这—荧光纳米材料的基本特性,精明的断言他们”承诺有趣的纳米材料在自己的权利”。
自从他们[1]最初的发现,这些材料已经被称为研究了碳点或碳纳米点,和许多研究小组希望收集臆造出来的更好地了解到他们的物理起源行为,达到更好的合成路线,并发展与申请这些新兴纳米材料，并放在一个主机的应用程序。
然而,最值得注意的是他们也是潜在的替代有毒金属量子点(量子点)而且目前在使用。
作为的结果健康问题和已知的环境和生物量子点的危害,碳点是重要的中心研究开发低毒、环保的替代品理想的性能特征量子点。
碳点已经展示了他们的生存能力各种各样的应用程序,因为它们显示分界线属性量子点表面氧化的纳米晶体[27]。
另一个在规模和碳基纳米材料相似碳点是纳米金刚石的表面功能,最近进展(第30 - 33)用于说明目的,每个人都应该区分这两种类型。
评论：图1：时间轴显示最近的活动关于碳点文学。
（从参考文献复制）图2：描绘碳点s表面氧化处理后B)与surface-passivation功能化后试剂。
碳基纳米材料：纳米金刚石一般由铣削微砖石,化学气相沉积(CVD)、冲击波或爆轰过程。
他们一般由约98%碳与残余氢,氧、氮、具有sp3杂化核心,有少量的石墨碳表面上。
不像纳米金刚石,碳点有更大的sp2的性格,这是象征性的纳米晶体。
他们正当石墨烯被认为是近亲量子点,第五节中讨论),并包含低大量的碳较高的氧含量。
有时,因为他们的高氧含量,这些材料也被称为生龋齿的纳米点。
(2、3、23)而碳点显示可怕地广泛(非结构化)PL发射lex依赖性强,荧光纳米钻石发出点缺陷,尤其是带负电荷的氮空置的网站,吸收附近的569 nm和发出强烈700海里。
尽管PL尚未完全的起源理解碳点,越来越多的证据表明激子发射的辐射复合位于表面能陷阱这可能或可能不需要由有机分子发生钝化。
希拉•贝克于1974年出生在美国。
在1997年她获得化学学士学位乔治亚南方大学,然后2002年获得布法罗大学博士学位。
后一个博士后呆在洛斯阿拉莫斯国家实验室和一年的工作生物技术创业,她加入了橡树岭2008年国家实验室。
她的主要研究兴趣包括子任务和超临界磁性液体、设计师离子液体和形态学独特的纳米结构,和新一代的光电材料,电池和超级电容器。
加里•贝克在纽约州立大学学习化学奥斯维戈的纽约州2001年获得博士学位在。
后完成主管和弗雷德里克·莱因斯在洛斯阿拉莫斯国家实验室的博士后奖学金国家实验室,他加入了研究在橡树岭国家实验室的工作人员维格纳的2005年。
他的研究兴趣专注于太阳能电池、离子液体和聪明纳米材料。
他最近收到了总统早期职业科学家和奖2008年工程师沈健获得)。
１．碳纳米点：然而，一些讨论初步的毒性评估。
他们的应用程序作为bioimaging是标签第四节的话题。
第五节提供了最近的一个帐户观察PL在石墨烯材料。
这是我们的目标这种知识的合成将提供有价值的见解但是,此外,我们希望激励研究的起源纳米碳这个紧急类的独特属性并鼓励他们探索在众多的令人兴奋领域,从催化和医疗诊断光伏发电。
２．合成方法：方法合成碳点可以一般主要分为两类:自顶向下和自底向上方法。
自顶向下的方法包括电弧放电,[1]激光消融,(4 - 6、11、12、14 - 16)和电化学氧化、(8、17 - 19)碳点形成或者从更大的“中断”碳结构。
例如,自底向上的方法包括燃烧/热(2、3、7、10、13]支持合成,(2、9)或微波方法[20]在碳点形成从分子前体。
通常,他们的表面由硝酸氧化(浓硝酸)和通过使用进一步纯化离心、透析、电泳或另一个分离技术。
2．1：自上而下的方法2.1.1 电弧放电方法而净化单壁碳纳米管来自电弧放电烟灰,徐等人发现他们也孤立的未知荧光碳纳米材料。
[1]他们开始先硝酸氧化电弧烟尘和3.3 n引入羧基官能团,亲水性的提高材料。
当时沉积物中提取的氢氧化钠解决方案(pH值8.4),导致一个稳定的黑色悬挂。
这种悬架通过凝胶电泳分离单壁碳纳米管,短管状碳,现在可以引用碳点。
碳点被分为三电泳乐队在激发在366海里排放蓝色,黄色,橙色的洗脱和增加的大小,取决于分区不同名义上的分子量(MW)截止过滤设备。
红外光谱分析显示羧基的存在功能,最重要的是,缺乏特色聚芳的CH的平面弯曲模式碳氢化合物(多环芳烃),从而表明的起源PL不是来自多环芳烃来源。
元素分析显示c 碳点包含53.9%,53.9%,1.2%,和40.3%．2.1.2激光烧蚀方法最近,碳点一直故意由太阳和同事激光烧蚀。
(4、6、11、12、14 - 16]研究人员准备了一个碳目标通过热压石墨粉和水泥的混合物,逐步紧随其后烘干、固化和退火下氩气流。
Qswitched[12]Nd:YAG激光(1064海里,10 Hz)被用来脱落的碳排放目标的氩气流着水蒸汽在900 8 c和75 kPa。
样品当时的加热在2.6米浓硝酸回流12 h产生碳点s测距从3到10纳米大小。
此时,碳点s表面钝化等聚合代理终止二胺聚(乙二醇)或聚(PPEI-EI,EI分数ca20%)[4],然后由透析纯化水,紧随其后的是收益率的离心一步纯化碳点上清液。
[11]用13 c粉和更严格的控制程序导致13 c-enriched碳点4 - 5 nm直径展出PL量子收益率(QY)高达20%励磁440海里。
[16]一个单步过程,合成和集成钝化报道了etal。
(方案1)。
[6]的方法,一个脉冲Nd:YAG 激光照射石墨和炭黑分散在二胺水合物,二乙醇胺或PEG200N 2 h在声波降解法帮助粒子分散。
激光照射后,采用离心沉淀残余碳粉碎片而碳点仍然悬浮在上清。
这些碳点平均3纳米的大小,与晶格从0.20 - -0.23纳米间距不同类似的钻石。
然而,我们注意到这些晶格间距也反映了石墨的(100)面,进一步讨论第三节。
类似碳点被激光辐照获得碳粉在水中氧化、钝化紧随其后沸腾的高氯酸/ PEG200N 72 h的解决方案。
2.1.3电化学合成电化学合成碳点首次展示。
[19]当他们长大碳纳米(奈米)由滚动形成石墨烯层通过CVD复写纸。
这些纳米管设计作为工作电极的电化学电池Pt线组成的反电极和Ag / AgCl参比电极与脱气含有乙腈的解决方案0.1米高氯酸四丁铵(稍后通知+ O4)作为电解液。
2.0循环之间的应用潜力和+ 2.0增值税的扫描速率2.0 Vs1导ClO4致解决方案从无色到黄色,深棕色表示从奈米碳点并剥落积累的解决方案。
碳点被恢复了蒸发的乙腈溶解剩余的固体包含碳点在水中,删除任何剩余的电解质盐。
产生的碳点spher-ical,直径(2.80.5)海里,晶格间距符合纳米晶体石墨(图3)展出lex-dependent PL的构造演化奈米,如进行扫描电子显微镜(SEM)透露,在电化学循环之后,米有肿胀和卷曲的纠缠不清特性。
作者提出有机稍后通知+离子已经设置成空白奈米的潜力,从而打破这些缺陷附近的管释放碳点。
这是通过实验进一步证实使用氯化钾和KClO4作为电解质盐,它失败了导致碳点的生产。
没有形成碳点当没有任何使用奈米碳纸。
另一个研究小组产生碳点电化学原理通过氧化石墨在3 Vagainst列电极饱和甘汞电极Pt线对电极在0.1 m NaH2PO4水溶液。
[17]接受的解决方案颜色从透明变成深棕色的，氧化时间增加。
当时centrifuged的解决方案删除任何大型或凝聚粒子,碳点留在上清size-separated使用离心过滤设备MW切断。
碳点从较小的twoMW中恢复过来分数的直径(1.90.3)纳米(3.20.5)海里。
高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)测量表明碳点石墨的性质,与晶格间距3.28与石墨的(002)面重合。
这些碳点s的PLsize-dependent,发射最大值445 nm和510 nm分别为1.9和3.2纳米点。
气和同事也产生碳点电化学原理从石墨棒工作电极、Pt网对电极和Ag / AgCl参比电极组装沉浸在磷酸盐缓冲溶液pH值7.0(方案2)。
[18]自行车在3.0 + 3.0 V时,溶液变黄最初和最终成为黑暗布朗,因为其他研究小组注意到。
HRTEM 结果显示两个球面碳点形式平均大小的大约20 nm和2海里,这是使用10 kDa截止膜分离的结果。
包括碳点在内的各种碳基纳米粒子是由离子液体(IL)辅助电氧化使用水溶性IL 1-butyl-3-methylimidazolium石墨tetrafluoroborate[bmim]BF4包含了90 wt %水电解质。