荧光碳量子点的制备,碳量子点的制备与表征

近日，我校吴明红教授、王亮副研究员在综合性顶级期刊Science Advances发表题为“Full-color fluorescent carbon quantum dots”的论文，报道了一种高亮度、高稳定的全色荧光碳量子点的全新制备方法——酸试剂调控材料表面给电子基团/吸电子基团策略，并成功地研制了全色发光膜以及多种类型的高显色指数白光发光二极管（WLED）器件，使用该策略制备的碳量子点在环境中重金属离子和污染物检测、光催化和电催化处理环境中难降解有机废水、生物成像、能量转换与器件存储、柔性光电器件等领域具有广阔的应用前景。

图1全色荧光碳量子点的酸试剂调控合成策略示意图及其荧光照片

WLED凭借使用寿命长、结构紧凑以及显著的节能效果等优势，被认为是下一代照明设备的首选。当今白光主要是通过蓝光或紫光LED芯片与多色荧光粉的组合方式产生，在各类荧光粉材料中，胶体半导体量子点成为显示和照明技术发展的潜在候选者。然而，绝大多数半导体量子点在合成和环境安全性方面仍然具有挑战，限制了其在某些领域中的应用。

碳量子点已作为开发WLED的新型荧光粉出现，有望成为光电器件关键组件，但其遇到的技术瓶颈便是发射光谱和荧光颜色可调局限性。通常情况下，大多数碳量子点仅仅发射蓝色、绿色或黄色荧光，碳量子点的WLED会遇到相对较低的显色指数，因此难以实现各种类型的WLED。如何将碳量子点的荧光扩展到整个可见光光谱并可规模化制备，最终构建多类型WLED模块，近年来一直是国际研究的热点。

研究团队设计了一种全新的制备方式——酸试剂调控材料表面给电子基团/吸电子基团策略，成功地合成了从蓝色到红色甚至白色的明亮且高稳定的全色荧光碳量子点体系，并阐明了量子尺寸效应。合成策略在融合过程中依赖于引入的酸试剂的吸电子基团，该基团在碳量子点表面上不断的增长，使得其发光波长红移并增加其粒径，最终实现了碳量子点在高荧光量子产率、光学可调性、出色的稳定性等方面的完美结合，从而构建出优异特性的WLED器件，包括暖色、标准色和冷色WLED。

图2全色荧光碳量子点在荧光复合膜和WLED领域中的应用

上海大学为论文第一单位和通讯单位，上海大学环境与化学工程学院王亮副研究员和博士生李伟涛（2017级）为共同第一作者，吴明红教授、王亮副研究员为共同通讯作者。莱斯大学的Pulickel M. Ajayan教授团队对实验设计以及相关机制方面提供了重要的建议，上海大学新型显示技术及应用集成教育部重点实验室张建华教授和殷录桥副教授对WLED测试给予了帮助。

该工作得到了国家自然科学基金、上海市扬帆学者计划、长江学者计划和教育部创新团队等项目的资助和支持。（撰稿 王亮）