常见碳源
生物质碳源:如葡萄糖、淀粉、纤维素、甲壳素等,它们来源广、成本低廉且环境友好。 有机小分子碳源:像柠檬酸、乙二胺、尿素等,具有明确的化学结构和反应活性,便于准确控制反应过程。
碳纳米材料碳源:例如石墨烯、碳纳米管等,本身具有碳结构和性能,可赋予碳量子点特殊的性质。
一、结构差异
1. 粒径分布
以葡萄糖为碳源时,通过水热法制备的碳量子点粒径通常较为均匀,多集中在 2-10 纳米范围内。
以石墨烯为碳源,采用氧化剥离再还原的方法制备的碳量子点,粒径可能相对较大且分布较宽,在 5-20 纳米左右。
2. 表面官能团
利用柠檬酸和乙二胺为碳源,通过高温热解反应制备的碳量子点,表面往往富含羧基、氨基等官能团,这使得碳量子点具有良好的水溶性和生物相容性。
以甲壳素为碳源制备的碳量子点,表面可能含有羟基、氨基和乙酰氨基等官能团,这些官能团的存在会影响碳量子点的表面电荷和化学反应活性。
3. 晶体结构
由小分子有机碳源如柠檬酸合成的碳量子点,通常具有相对无序的非晶态结构。
以碳纳米管为碳源制备的碳量子点,可能在一定程度上保留了碳纳米管的部分石墨化结构特征,具有局部的有序晶体结构。
二、性能差异
1. 光学性能
以富含共轭结构的有机小分子为碳源制备的碳量子点,通常具有较强的荧光发射性能,荧光量子产率较高,可达到 50% 以上。
以生物质为碳源制备的碳量子点,虽然荧光强度相对较低,但往往具有更宽的激发和发射光谱,可实现多色荧光发射。
2. 电学性能
以石墨烯为碳源制备的碳量子点,由于石墨烯本身良好的电学性能,使得所制备的碳量子点具有较高的电子迁移率和电导率,在电子器件领域具有潜在的应用价值。
以葡萄糖等简单碳源制备的碳量子点,电学性能相对较弱,但通过适当的表面修饰或与其他导电材料复合,也可改善其电学性能。
3. 化学稳定性
碳源中含有较多芳香结构或共轭体系时,制备的碳量子点化学稳定性较高,能在较宽的 pH 值范围和不同的有机溶剂中保持稳定的性能。
以一些含有易氧化或易水解官能团的碳源制备的碳量子点,化学稳定性相对较差,在某些特定环境下可能会发生结构变化或性能衰减。