富氮生物质基荧光碳材料的光学调控应用研究文献综述

文献综述

一、研究背景及意义2004 年，科学家在制备碳纳米管的过程中无意中发现了碳点的存在，但当时并没有受到关注和深入研究。

直到 2006 年，科学家合成出具有强荧光性能的碳点，并首次将其命名为碳点，这时碳点才成为科学家们关注的焦点，并在数年的时间里进行了大量深入的研究，不仅确定了碳点的如图1所示的三种基本结构，即石墨烯量子点、碳纳米点和多聚物点，还对碳点合成方法、表面修饰、光学调控、发光机理、应用等方面有了更为深入的认识[1] 。

图1 碳点的三种结构示意图荧光材料泛指物质吸收某种波长光照或者受其他电磁辐射后，原子核周围的一些电子由原来稳定的基态转变为活跃的激发态，而当电子恢复到基态时，能量以光子的形式释放，即发出可见光的材料。

该类材料已被应用在光电显示、生物医学、防伪和能源等众多领域。

常见的荧光材料如钙钛矿、半导体量子点（QDs）、稀土金属类及有机荧光素等，然而此类荧光材料在使用过程中依然存在很多亟待解决的问题，如生物毒性大、材料稳定性差、批量化制备困难等，无法满足实际应用中对荧光材料的需求[2]。

相较于有毒的传统的半导体量子点，碳点具有优良的荧光特性、低毒性、制备成本低廉和良好的生物相容性，使CDs在生物医学、化学传感和光电子领域具有潜在的应用前景。

目前，CDs的发光波长已经覆盖从紫外到近红外的范围，有部分CDs的荧光光谱覆盖了整个可见光并直接发出白光。

此外，荧光量子产率（quantum yield，QY）为99%的蓝色碳点已经被制备，这已经与传统的发光材料性能相近。

自2010年开始，CDs在光电子领域得到应用。