蘇州醫(yī)工所揭示碳點的發(fā)光機制
碳點（CDs）于2004年被首次報道，可分為碳量子點（CQDs）、石墨烯量子點（GQDs）、碳化聚合物點（CPDs）和碳納米點（CNDs）。CDs因其特性引起關注，如高光致發(fā)光量子產率（PLQY）、可調諧發(fā)射波長、良好的生物相容性和抗光漂白穩(wěn)定性。迄今為止，已有大量文獻報道了其在生物成像、傳感器分析、癌癥治療、催化劑等方面的應用。然而，碳點的實際熒光機制仍不清楚，該問題長期困擾研究人員并在一定程度上限制了碳點的發(fā)展。目前，已報道的各種熒光機制包括量子限域效應（QCE）、量子尺寸效應（QSE）、表面態(tài)、交聯(lián)增強發(fā)射效應（CEE）和分子態(tài)。
近期，中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所研究員董文飛團隊通過純化分離，研究了碳點的分子結構和發(fā)光行為，并提出碳點的發(fā)光機制和形成機理。研究中，科研人員通過柱層析分離了鄰苯二胺碳點（o-pd CDs）并確認了兩種精確的分子熒光團結構，分別是2，3-二氨基吩嗪（DAP）和2-氨基-3-羥基吩嗪（AHP）。此外，科研人員還提取了兩種綠色化合物（G-CD1和G-CD2）和一種藍色化合物（B-CDs）。進一步的實驗表明，DAP在o-pd CDs溶液中的熒光中占主導地位，質量占比14.1%。此外，通過調整DAP濃度可以形成不同粒度尺寸的納米顆粒。DAP、AHP、G-CDs和B-CDs展示了CPDs、無定形點、納米針、石墨片和網狀聚合物狀結構。
由此，科研人員認為碳點是由DAP形成，其形成過程為：DAP最初聚集成為聚合物簇，隨后隨著時間增加逐漸碳化。當反應進一步進行時，塌縮和芳構化過程為CDs提供了核殼狀形態(tài)。此外，考慮到這些組分具備高PLQY，研究制備了多色和白光發(fā)光二極管（W-LEDs），表明碳點在LED行業(yè)具有較高的應用潛力。上述研究工作揭示了鄰苯二胺碳點的發(fā)光機制來源于小分子，確定了體系中是多分子態(tài)構成，為相似體系碳點的制備提供了指導依據并拓展了碳點在LED行業(yè)中的潛在應用。
相關研究成果以Formation mechanism of carbon dots: From chemical structures to fluorescent behaviors為題，發(fā)表在Carbon上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委員會、江蘇省自然科學基金等的資助。
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