紅光/近紅外發(fā)射碳點(簡稱R/NIR-CDs)具有生物相容性好、空間分辨率高等優(yōu)勢，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。但目前報道的紅光碳點往往存在熒光量子效率低、半峰寬較寬且具有激發(fā)波長依賴的缺陷，限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

基于此，北京工業(yè)大學(xué)孫再成教授課題組在《發(fā)光學(xué)報》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊）發(fā)表了題為“紅光/近紅外發(fā)射碳點制備、光學(xué)調(diào)控與應(yīng)用”的綜述文章，第一作者是碩士研究生徐冀健。

本文介紹了幾種具有代表性的典型前驅(qū)體及其合成碳點，綜述了尺寸效應(yīng)、雜原子摻雜、表面態(tài)等高效的碳點光學(xué)調(diào)控理論及其應(yīng)用，展望了紅光/近紅外發(fā)射碳點的發(fā)光機理、制備方法中面臨的問題與挑戰(zhàn)。

碳點自2004年被研究人員發(fā)現(xiàn)以來即成為一種新興的碳基材料，由于具有獨特的化學(xué)和物理特性、較高的抗光漂白性能、良好的生物相容性以及低毒性等優(yōu)良性質(zhì)引起了研究者的極大興趣。優(yōu)越的物理化學(xué)性質(zhì)賦予了其廣泛的應(yīng)用，但是與傳統(tǒng)量子點相比發(fā)射效率相對較低、紅光/近紅外發(fā)光欠缺，極大地限制了其應(yīng)用。因此，研發(fā)具有強紅光/近紅外(NIR)發(fā)射的碳點成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。

紅光/近紅外發(fā)射碳點制備、光學(xué)調(diào)控與應(yīng)用

多數(shù)紅光碳點面臨激發(fā)波長依賴的發(fā)射、熒光量子產(chǎn)率(PLQY)不高并且隨著波長的增加強度迅速下降等問題。因此，合理控制前驅(qū)體、揭示發(fā)光紅移的光致發(fā)光機理并拓展其新型應(yīng)用具有重要意義。

本文側(cè)重于闡述最近幾年來 R/NIR-CDs 的典型前驅(qū)體及其光學(xué)調(diào)控方法、熒光發(fā)光機理以及生物與醫(yī)藥學(xué)等方面應(yīng)用的最新進(jìn)展。主要總結(jié)了檸檬酸、苯二胺等合成紅光/近紅外發(fā)射碳點的典型前驅(qū)體，以及尺寸效應(yīng)、雜原子摻雜、表面態(tài)等在光學(xué)調(diào)控方面的作用機理。

總結(jié)與展望

盡管碳點在紅光/近紅外發(fā)射調(diào)控方面取得了長足進(jìn)步，但其仍存在熒光量子效率低、半峰寬較寬且有激發(fā)波長依賴等明顯缺陷，制備量子效率高、半峰寬窄、無激發(fā)波長依賴的深紅光/近紅外光碳點是目前亟需解決的難題。因此，需要一種全面而綜合的發(fā)光機理來指導(dǎo)紅光/近紅外發(fā)射碳點的合成與應(yīng)用。

論文信息

徐冀健，曲丹，安麗，汪夏燕，孫再成. 紅光/近紅外發(fā)射碳點制備、光學(xué)調(diào)控與應(yīng)用[J]. 發(fā)光學(xué)報，2021, 42(12):1837-1851.

DOI：10.37188/CJL.20210302

作者簡介

徐冀健，碩士研究生，2017年于天津大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2019年起就讀于北京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生物系，主要從事長波長碳點及其應(yīng)用研究。

曲丹，教授/博導(dǎo)，2012年于吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院獲得學(xué)士學(xué)位，2017年于中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所獲得博士學(xué)位，同年進(jìn)入北京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生物系工作。主要從事光功能納米材料性能研究。獲得的獎勵有：中國科學(xué)院院長特別獎（2016）、全國光學(xué)工程學(xué)科優(yōu)秀博士論文獎（2019）、吉林省科技進(jìn)步二等獎（2020）、中國科協(xié)青年人才托舉工程（2021）。

孫再成，教授/博導(dǎo)，1994年于吉林大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，1999年于中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所獲得博士學(xué)位。主要從事具有可見光響應(yīng)的光催化體系以及熒光碳點的合成與應(yīng)用研究。獲得的獎勵有：美國R&D 100獎、中科院海外人才引進(jìn)計劃”（2010）、吉林省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才（2011）、北京市高層次人才（2015）、中國科學(xué)院優(yōu)秀博士指導(dǎo)教師（2016）、全國光學(xué)工程學(xué)科優(yōu)秀博士指導(dǎo)教師（2019）、吉林省科技進(jìn)步二等獎（2020）、朝陽區(qū)鳳凰計劃（2021）。

監(jiān)制 | 趙陽

編輯 | 趙唯

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