Page 90 - 《精细化工》2021年第11期

·2236· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

时间为 6 h。随着反应时间的增加，形成的碳点数
目增加，因此荧光强度增加；当反应时间继续增加
时碳点的尺寸过大导致荧光强度下降。图 1f 为其他
条件（同 1.2.1 节）保持不变时在不同装载体积下制
备的 NCDs 的荧光发射谱图。结果表明，随着装载
体积的增加 NCDs 的荧光强度逐渐增加，这可能是
因为装载体积增大导致水热釜中的空载体积减小，
因此在高温下产生的压力增加，有利于碳点的形成。
但是，50 mL 的水热釜的装载体积超过 25 mL 后容
易引起安全事故，因此最佳装载体积确定为 25 mL。
综上所述，分别以柠檬酸钠和氨水为碳源和氮源，
采用水热法制备 NCDs 的最佳实验条件为：柠檬
酸钠和氨水的浓度比为 1∶18，柠檬酸钠浓度为
0.1 mol/L、反应温度为 200 ℃、反应时间 6 h、装
载体积 25 mL。
2.2 NCDs 的光学性能
图 2a 为 NCDs 在不同波长的光激发下的发射谱
图。由图可知 NCDs 的荧光为典型的非激发波长依
赖型，在 280~380 nm 的光激发下的发射峰位置始终
保持在 443 nm 处，是一种理想的荧光增白材料，可
用于纺织品及纸张的荧光增白及荧光防伪。图 2a 中
的插图为 NCDs 在自然光（左）及 365 nm 紫外光下
（右）的数码照片，在自然光下为透明的淡黄色液
体，在 365 nm 的紫外光照射下发出明亮的蓝色荧
光。根据 NCDs 的激发谱图（图 2b）可知，343 nm
的光激发下的荧光发射最强，这与 NCDs 的 UV-Vis
吸收光谱在 343 nm 处的吸收峰位置一致。此外，位

于 300~400 nm 之间的紫外吸收峰表明 NCDs 具有一 图 2 NCDs 在不同波长的光激发下的荧光发射谱图（a）；
定吸收紫外线的能力，而 UV-Vis 吸收光谱在 290 nm NCDs 的 UV-Vis 吸收波谱、荧光激发波谱（发射
处的吸收峰则说明形成了石墨碳结构。采用积分球 波长 443 nm）及荧光发射波谱（激发波长 343 nm）
对 NCDs 的荧光量子产率进行测试，结果如图 2c 所 （b）；NCDs 的荧光量子产率谱图（c）；NCDs 的
示。在最优条件下制备的 NCDs 的荧光量子产率可 荧光寿命（d）
Fig. 2 Photoluminescence spectra of prepared NCDs (a);
达 54.9%。此外，采用时间相关单光子计数（TCSPC）
UV-Vis absorption spectrum, excitation spectrum
技术测试了 NCDs 的荧光寿命，经拟合后发现 NCDs and emission spectrum of NCDs (b); Spectrum of
的荧光寿命为单指数衰减（图 2d），表明 NCDs 中 fluorescence quantum yield of NCDs (c); Lifetime
of NCDs (d)
只有一个发射中心，其荧光寿命为 6.46 ns，这也解
释了 NCDs 的荧光为非激发波长依赖型的原因。 2.3 NCDs 的形貌特征
采用 TEM 和 AFM 对所制备的碳点进行了形貌
分析，结果如图 3 所示。图 3a 为 NCDs 的透射电镜
图，由图可知 NCDs 为球形结构，分散良好且无团
聚现象。图 3a 中的插图为 NCDs 的高倍透射电镜图，
由图可知 NCDs 形成了良好的结晶结构，晶格间距
为 0.21 nm，与石墨烯的面内晶格〔（100）面〕间距
一致 [28-29] 。AFM 结果显示（图 3b、d）NCDs 的高度
约为 5 nm，这进一步证明所制备的 NCDs 为球形结
构。图 3c 为图 3a 中 NCDs 的粒径分布图，由图可知
碳点的粒径范围为 2.98~8.06 nm，平均粒径为 4.96 nm。