《類石墨碳量子點發光機制研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由劉雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：類石墨碳量子點發光機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉雲
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳量子點- - 一種環境友好、生物安全的新型發光材料，有望在能量轉換、生物醫學和高靈敏度探測等領域替代劇毒的II-VI和III-V族半導體量子點。未來需要在闡明量子點發光機制的基礎上通過碳量子點界面/表面光化學和光物理研究，實現相關器件和套用性能突破。.本項目擬在前期研究基礎上，（1）以石墨烯量子點作為結構單元，通過層層自組裝技術構建類石墨化碳量子點。跟蹤組裝過程中量子點光物理及光化學性能變化，揭示石墨烯尺寸、層數、層間距等結構參數影響碳量子點性能的機制；（2）通過類石墨化碳量子點表面官能團的特異性選擇反應和反應前後量子點光物理性能的跟蹤，從分子水平明確量子點發光和光生載流子衰減與其表面和界面微結構變化的內在關係。項目的開展（1）從實證的角度闡明類石墨碳量子點的發光機制；（2）為發光位置可調高性能碳量子點的結構設計提供理論指導；（3）為新型綠色螢光標記物結構設計和套用打下理論和實驗基礎。
結題摘要
碳量子點- - 一種環境友好、生物安全的新型發光材料，有望在能量轉換、生物醫學和高靈敏度探測等領域替代劇毒的II-VI 和III-V 族半導體量子點。未來需要在闡明量子點發光機制的基礎上通過碳量子點界面/表面光化學和光物理研究，實現相關器件和套用性能突破。 在本項目的研究中，項目負責人及其研究團隊圍繞“碳量子點的發光機制”和“碳量子點的表界面結構與複合結構構建”兩個科學問題開展研究工作。（1）發展了有機小分子的硫酸碳化合成法。通過反應參數的最佳化，實現了發光位置分別在400、460和520nm,發光位置不隨激發波長變化的高亮度類石墨碳量子點的選擇性合成，結構研究表明這些量子點存在不同的官能團特徵；（2）以未經表面鈍化的綠色螢光類石墨碳量子點（520nm）作為模型，通過碳量子點自組裝過程的研究發現，量子點的聚集伴隨其紫外-可見區特徵吸收峰的消失和帶邊吸收的出現，同時其量子產率急劇降低。發光規律也從“發光位置不隨激發波長變化”向“發光位置隨激發波長紅移而向長波方向移動”；（3）以矽烷修飾碳量子點作為模型研究發現在此種情況下，量子點的聚集並未帶來典型吸收和光譜行為的明顯變化；（4）建立了碳量子點的CSi微波輔助表面鈍化技術，實現了碳量子點表面的官能團選擇性反應。研究發現表面鈍化僅能影響碳點的發光效率而對其發光位置的影響較小。（5）開展了碳/半導體以及碳量子點/半導體金屬複合結構的構建和光譜性能研究。研究發現，可通過極少量金屬納米粒子的選擇性沉積實現碳量子點雜化介孔SiO2微球的螢光增強，為高亮度介孔SiO2微球的結構設計和合成提供了新的思路。在上述工作的基礎上，我們初步推測碳量子點的發光與其本徵結構（表面官能團和中心的芳環結構）密切相關，組裝（聚集）如層數變化則主要帶來量子產率的急劇降低和光物理性能的明顯變化。要實現碳量子點發光位置的紅移，必須通過前驅體、合成發法和反應參數的最佳化來實現本徵結構的如芳環大共軛結構的擴張。在上述工作的基礎上發表研究論文5篇（SCI收錄的5篇），接受2篇，另有數篇論文正在製作，獲得授權專利一項，培養研究生1名。
