碳量子点(CQDs)作为一种新型的碳纳米材料,具有光学性质、良好的生物相容性、低poison性以及丰富的表面官能团等特点,在众多领域展现出了巨大的应用潜力。然而,单一的碳量子点在某些性能方面存在一定的局限性,难以满足复杂应用场景的需求。将碳量子点与其他纳米材料复合形成纳米复合材料,能够充分发挥各组分的优势,实现性能的协同增强和功能的多样化拓展。
(一)物理混合法
物理混合法是将碳量子点与其他纳米材料通过简单的物理搅拌、超声分散等方式均匀混合在一起。这种方法操作简单、成本低,能够快速制备出复合材料。例如,将碳量子点与金属纳米粒子在溶液中超声分散,可得到碳量子点-金属纳米粒子复合材料。然而,物理混合法制备的复合材料中各组分之间的相互作用较弱,可能导致复合材料的稳定性和性能重复性较差。
(二)化学合成法
1. 原位合成法
原位合成法是在碳量子点存在的条件下,通过化学反应直接在其表面生长其他纳米材料。以碳量子点-金属氧化物复合材料为例,可先将碳量子点分散在含有金属离子的溶液中,然后通过控制反应条件(如温度、pH 值等),使金属离子在碳量子点表面发生水解和缩聚反应,原位生成金属氧化物纳米粒子。这种方法能够使碳量子点与金属氧化物之间形成较强的化学键合,增强复合材料的稳定性和界面相互作用,从而有效提升复合材料的性能。
2.自组装法
利用碳量子点和其他纳米材料表面的电荷、官能团等之间的相互作用,通过自组装过程形成有序的纳米复合材料。例如,带正电荷的碳量子点与带负电荷的聚合物纳米粒子在溶液中可通过静电吸引作用自组装形成核-壳结构的复合材料。自组装法能够准确控制复合材料的结构和组成,制备出具有特殊形貌和性能的复合材料,但制备过程较为复杂,对实验条件要求较高。