碳量子点通常由sp²和sp³杂化的碳核及表面官能团组成,其发光性能源于量子限域效应、表面态发光及分子态发光等多种机制。尽管碳量子点具有宽波长吸收、高量子产率及长荧光寿命等优点,但其发光波长多集中于蓝绿色区域(400-520 nm),且需紫外光激发,限制了在深层组织成像及光电器件中的应用。此外,光稳定性不足导致的荧光淬灭现象,进一步制约了其在实际应用中的可靠性。
【产品名称】碳点
【特 点】水溶性好,生物相容性好,表面带羧基或氨基,发射蓝色、绿色或红色荧光.
【用 途】构建荧光探针或荧光纳米药物等.
【技术参数】TEM 尺寸<10 nm
【包装形式】冻干粉或水分散液
1. 碳量子点的发光性能
荧光特性:
宽激发光谱:碳量子点具有宽激发光谱,能够吸收多种波长的光,这使得其在多种光源下都能有效发光。
可调发射波长:碳量子点的发射波长可以通过改变其尺寸、表面官能团和合成条件进行调节。例如,通过升高合成温度可以在碳量子点中引入更多的缺陷态,从而实现发射波长的红移。
高荧光量子产率:一些研究报道,通过优化合成方法和表面修饰,碳量子点的荧光量子产率可以达到较高水平。例如,氮掺杂的碳量子点(N-CQDs)在蓝绿光区域展现出高荧光量子产率。
光致发光机制:
表面态和缺陷态的影响:碳量子点的光致发光机制受表面化学基团、表面缺陷陷阱、量子限域效应及掺杂原子等多重因素协同调控。这些因素共同决定了其发光颜色、强度与寿命等关键性能。
激发波长依赖性:碳量子点的荧光发射具有明显的激发波长依赖性,即在不同激发波长下,其发射波长和强度会发生变化。
2.碳量子点的光稳定性研究
光稳定性影响因素
碳量子点的光稳定性受多种因素影响,主要包括:
表面缺陷态:高密度表面缺陷态可导致非辐射复合中心增多,降低荧光量子产率。
溶剂环境:溶剂的极性、pH值及离子强度可影响碳量子点的表面电荷分布及电子结构,进而影响其光稳定性。
光照条件:长时间紫外光照射可导致碳量子点表面官能团的光氧化或光解,引发荧光淬灭。
光稳定性提升策略
为提高碳量子点的光稳定性,研究者提出了以下策略:
表面钝化:通过引入钝化剂(如硫醇、胺类化合物),减少表面缺陷态,抑制非辐射复合。
核壳结构构建:在碳量子点表面包覆无机或有机壳层,保护其核心结构免受光氧化损伤。例如,二氧化硅包覆可提升碳量子点的光稳定性。
环境调控:通过优化溶剂环境(如调节pH值、添加稳定剂),减少光诱导的表面电荷变化及电子结构扰动。
碳量子点的发光性能与光稳定性研究为其在生物医学、光电转换及环境监测等领域的应用奠定基础。通过杂原子掺杂、表面修饰及复合结构构建等策略,可实现对碳量子点发光性能的调控;而表面钝化、核壳结构构建及环境调控等手段,则提升了其光稳定性。