Page 29 - 《精细化工》2022年第8期

第 8 期 李 洁，等: 三基色荧光碳点制备及呈色特性的研究进展 ·1529·

以生物质基为原料合成 CDs 时，由于生物质基中的 剂）热法反应合成的 CDs，通常表现出高 QY 和均
荧光基团有限，所获得的 QY 通常较低，但 2020 年， 匀的粒径，是各领域应用的首选制备方法。由表 2
XU 等 [54] 以酒石酸为碳源，以含有—CH 2 、C—O、 可见，制备出大部分 CDs 的荧光发射波长集中在
C—N、C==N 和 N—H 键的麸皮（Bran）同时为碳 510~540 nm 范围内，QY 最高为 46.4%，并没有达
源和氮源，采用溶剂热法制备了 QY 高达 46%的绿 到一个较高的水平。其中，KHAN 等 [49] 和 XU 等 [54]
色荧光 CDs（G-CDs），且其荧光发射波长为 539 nm， 已制备出最佳发射波长为 537 和 539 nm 的 CDs，与
与三原色中日光波长较为接近，如图 3b 所示。 三原色中 550 nm 绿光发射波长较为接近，但仍具有
2.2 绿色荧光 CDs 的合成属性 差距，且该 CDs 的最佳激发波长均为蓝光，不是通
对绿色荧光 CDs 的合成方法及相关性质进行了 用紫外光。适当调整反应条件以提高 CDs 石墨化程
比较，如表 2 所示。水（溶剂）热法和微波法成为 度，可能是获得发射波长接近 550 nm 荧光 CDs 的
制备绿色荧光 CDs 的两种主流方法，尤其是水（溶 一种方法。

表 2 绿色荧光 CDs 的合成方法及相关性质
Table 2 Synthetic method and related properties of green fluorescent CDs
年份 前驱体 制备方法 尺寸/nm 最佳发射波长/nm QY/% 参考文献
2009 蜡烛烟灰 硝酸氧化法 2~6 520 3.0 [9]
2010 蔗糖、浓硫酸 炭化法 1~2 500 — [55]
2012 乙酸、水、P 2O 5 炭化法 <5 518 — [48]
2014 葡萄糖 水热法 7.5 530 — [53]
2014 蔗糖、浓硫酸、二甘醇 微波法 5 517 2.4 [51]
2015 柠檬酸铵、NH 3•H 2O、H 2O 2 水热法 3.94 580 15.7 [56]
2015 葡萄糖胺、焦磷酸盐 水热法 4.11±1.23 500 16.8 [57]
2017 柠檬酸氢二铵、尿素 炭化法 4.6 537 46.4 [49]
2019 活性干酵母、H 3PO 4 微波法 3.4 522 13.0 [52]
2020 酒石酸、麸皮 溶剂热法 4.85 539 46.0 [54]
2021 葡萄糖、浓磷酸 水热法 2~4 520 35.0 [58]
2021 红甜菜根 水热法 5~7 525 27.6 [59]

合溶剂中，采用微波法 45 min 合成了 QY 为 15%、
3 红色荧光 CDs 的研究
最佳 发射 波 长 为 615 nm 的 CDs 。 2018 年，
3.1 红色荧光 CDs 的制备 KARAKOCAK 等 [65] 以柠檬酸为碳源、乙二胺为氮
碳水化合物作为自然界存在最多的有机化合 源，采用微波热解法制备了红色荧光 CDs，同时探
物，已经成功地被用来合成发射蓝色、绿色荧光的 究了胺/酸物质的量比、柠檬酸浓度和微波热解时间
CDs [60-62] 。然而碳水化合物中的杂质较多、提纯困 3 个因素对 CDs 的影响，结果表明，胺/酸物质的量
难，易脱水形成表面缺陷较少的 CDs，较难发射红 比是影响荧光发射的主要因素，随着胺/酸物质的量
色荧光，通过加入强酸提高 CDs 的炭化程度可以成 比的增加，CDs 中的 N 元素含量逐渐增加，荧光激
功制备出红色荧光 CDs。2015 年，JIANG 等 [63] 以浓 发和发射波长都产生了红移，当胺/酸物质的量比为
硫酸和浓磷酸为氧化剂，在 100 ℃下对富含碳水化 2∶1 时，CDs 荧光发射波长位于 600 nm，QY 可达
合物的甘蔗渣进行 5 h 的加热炭化，得到了在日光 15%。微波法制备的红色 CDs 具有简便、高效的优
下呈黑色的 CDs 颗粒，该 CDs 溶于浓磷酸后在紫外 点，但 QY 的提高具有局限性。
光激发下显示红色荧光，如图 4a 所示。用 372 nm 溶剂热法是红色荧光 CDs 相关文献中最常用的
的紫外光去激发该 CDs 时，在 575 和 630 nm 处都 制备方法，通过改变前驱体或反应溶剂的种类、用
观察到发射峰，在 630 nm 处的发射峰强度较高，结 量以及反应温度和时间可获得高 QY 以及较长波长
果表明，采用炭化法成功制备了粒径均匀且具有 QY 发射的红色荧光 CDs，此方法通常也能制备多色甚
为 60%的红色荧光 CDs。 至全色荧光发射的 CDs。2015 年，JIANG 等 [66] 以对
2016，WANG 等 [64] 将对苯二胺溶于乙醇/水的混 苯二胺为前驱体、乙醇为溶剂，采用溶剂热法制备