Síntese dePontos Quânticos de Carbono
A síntese de pontos quânticos de carbono pode ser dividida principalmente em duas categorias: método de cima para baixo e método de baixo para cima. Através do pré-tratamento, preparação e processamento subsequente, os pontos quânticos de carbono podem ser controlados em tamanho, passivados na superfície, dopados com heteroátomos e nanocompósitos para atender aos requisitos.
Abordagem de cima para baixo
Método de cima para baixo: método de ablação a laser, método eletroquímico, método de descarga de arco.
descarga de arco
Xu sintetizou nanopartículas de carbono fluorescentes azuis e amarelas usando cinza de carbono como fonte de carbono usando o método de descarga de arco. Bottini et al. sintetizaram pontos quânticos de carbono fluorescentes amarelos verdes usando nanotubos de carbono de parede única como fontes de carbono. Sun et al. preparou pontos quânticos de carbono com tamanhos de partículas de nanocompósitos menores que 10 nm, que podem ser usados para conversão fotoelétrica.
O método de descarga de arco tem rendimento relativamente baixo, purificação complexa, difícil coleta de produtos, alto teor de oxigênio e não requer modificação de superfície. Seu mecanismo de luminescência pode ser semelhante ao dos nanotubos de carbono.
Método de ablação a laser
Dr. Sun preparou pontos quânticos de carbono fluorescentes usando carbono como alvo por meio de ablação a laser.
Hu sintetizou pontos quânticos de carbono com funcionalização simultânea de superfície usando o método de ablação a laser em uma única etapa.
O método de ablação a laser requer instrumentos caros e a adição de solventes orgânicos para alterar o estado da superfície, a fim de produzir pontos quânticos de carbono fluorescentes.
Método eletroquímico
O método de oxidação eletroquímica refere-se ao método de preparação de pontos quânticos de carbono pela oxidação da fonte de carbono W usando métodos eletroquímicos. Zhou et al. obteve pontos quânticos de carbono por oxidação eletroquímica de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MwCNTs).
Os métodos eletroquímicos têm vantagens únicas na análise da estrutura da superfície e na pesquisa do mecanismo de luminescência, incluindo baixo custo do material, condições amenas e pós-tratamento simples.
Abordagem de baixo para cima
Método de baixo para cima: Método de carbonização orgânica, método de microondas, método hidrotérmico, método de combustão, método de tratamento ultrassônico, etc.
Método de carbonização orgânica
Método de carbonização orgânica: Pontos quânticos de carbono capazes de emitir fluorescência podem ser obtidos pela carbonização de precursores orgânicos, e pontos quânticos de carbono solúveis em água/solúveis em óleo com funcionalização de superfície podem ser preparados. Os métodos de carbonização orgânica podem ser divididos em duas categorias: carbonização por aquecimento e carbonização por desidratação ácida. Este método pode alterar o desempenho dos pontos quânticos de carbono, selecionando diferentes precursores de carbonização ou diferentes agentes de revestimento de superfície
Método de microondas
Microondas refere-se a ondas eletromagnéticas com frequência de comprimento de onda entre 300 MHz e 300 GHz. As características do microondas são concentração de energia, uniformidade, alta eficiência e curto tempo de reação. Diferentes fontes de carbono, como sacarose, óxido de grafite (GO), glicose, quitosana, polietilenoglicol, dimetilformamida (DMF), etc. podem ser selecionadas para preparar pontos quânticos de carbono correspondentes.
Método hidrotérmico
Sintetize substâncias em um reator usando água como solvente sob condições de alta temperatura e pressão. Seu método de extensão é o método solvotérmico utilizando solventes orgânicos. O processo de preparação hidrotérmica é relativamente simples e fácil de controlar. Reagir simultaneamente em um espaço confinado pode impedir a volatilização da matéria orgânica. As propriedades dos pontos quânticos de carbono produzidos variam dependendo do solvente utilizado.
Método de combustão
O processo de preparação de pontos quânticos de carbono pelo método de combustão é simples de operar, requer baixos requisitos de equipamento e tem forte repetibilidade, mas a distribuição do tamanho das partículas do produto é difícil de controlar.
Método de tratamento ultrassônico
O Dr. Li adicionou carvão ativado à água oxigenada para formar uma suspensão preta. A suspensão diluída por tratamento com ultrassom à temperatura ambiente é então dialisada a vácuo utilizando uma membrana de celulose para remover substâncias não fluorescentes. Nanopartículas de carbono funcionalizadas (FCNPs) obtidas após filtração. O método de tratamento ultrassônico para preparação de pontos quânticos de carbono requer baixos requisitos de equipamento, operação simples, baixo custo, alto rendimento e baixo consumo de energia.
Para pesquisas de aplicações ou mecanismos, é necessário controlar o tamanho dos pontos quânticos de carbono. Atualmente, o método comum é preparar pontos quânticos de carbono em nanorreatores. O material de partida orgânico é absorvido em um nanorreator poroso através de forças capilares, e o material de partida orgânico é quebrado no nanorreator para remover o nanorreator e obter pontos quânticos de carbono.
Passivação e funcionalização de superfície
A eficiência quântica dos pontos quânticos de carbono sem passivação superficial é geralmente muito baixa. Para atender às necessidades específicas de aplicação, as pessoas passivam e funcionalizam pontos quânticos de carbono por meio de ligação covalente, coordenação, interação π - π, interação sol-gel e outras formas. A funcionalização dos pontos quânticos de carbono pode melhorar suas propriedades ópticas e físico-químicas.
Dopagem com heteroátomos
A dopagem com heteroátomos é comumente usada para regular a luminescência de substâncias. Os heteroátomos comuns incluem nitrogênio (N), enxofre (S), fósforo (P), silício (Si), etc. A dopagem com nitrogênio (N) pode aumentar significativamente a fotoluminescência, e a intensidade da emissão está relacionada ao conteúdo de nitrogênio; Os pontos quânticos de carbono dopados com silício (Si) podem exibir uma resposta específica ao H2O2.
Composto de pontos quânticos de carbono
Os compósitos de pontos quânticos de carbono podem combinar suas propriedades de fluorescência com as propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e outras propriedades de nanopartículas inorgânicas para atender às necessidades de diferentes campos de aplicação. De acordo com as propriedades dos materiais compósitos, eles podem ser divididos em dois tipos: compósitos de metais preciosos (como Ag) e compósitos semicondutores (como TiO2, Fe2O3, Cu2O, etc.).
A aplicação de pontos quânticos de carbono
Os pontos quânticos de carbono têm muitas propriedades excelentes, como forte fotoluminescência, forte capacidade de transferência de elétrons e boa biocompatibilidade, e têm enorme valor potencial de aplicação em campos como biologia, medicina, engenharia química e eletrônica.
Bioimagem
A forte luminescência e a boa baixa toxicidade biológica dos pontos quânticos de carbono podem ser usadas para substituir pontos quânticos semicondutores e corantes orgânicos. Em comparação com os marcadores celulares tradicionais, sua maior vantagem é a luminescência multicolorida, que é benéfica para os pesquisadores controlarem e selecionarem comprimentos de onda de excitação e emissão de acordo com as diferentes necessidades de imagem. Com o aprofundamento da pesquisa, o direcionamento seletivo de pontos quânticos de carbono para células tem amplas perspectivas de aplicação no campo da imagem biológica no futuro.
Tratamento de doenças
Os pontos quânticos de carbono podem servir como fotossensibilizadores para certos tumores específicos, enquanto os pontos quânticos de carbono agrupados em áreas específicas podem inibir o crescimento de células cancerígenas através de irradiação de comprimento de onda específico. Os pesquisadores também o usam como nanocarreador e rastreador para monitorar o processo de entrega de medicamentos ou genes. Ao monitorar o sinal de fluorescência dos pontos quânticos de carbono, o efeito de entrega dos medicamentos pode ser inferido, otimizando assim o método de injeção e a dosagem dos medicamentos.
Materiais luminescentes
Devido às suas excelentes propriedades optoeletrônicas, os pontos quânticos de carbono podem ser usados para conversão fotoelétrica. Mirchev et al. Células solares de dióxido de titânio sensibilizadas com pontos quânticos de carbono preparadas.
Aplicações fotocatalíticas
A superfície dos pontos quânticos de carbono possui grupos funcionais abundantes e excelente capacidade de transferência de elétrons, o que lhes confere excelente desempenho catalítico fotocatalítico e eletroquímico. Yu et al. preparou nanocompósitos de pontos quânticos de carbono P25 TiO2 usando um método hidrotérmico de uma etapa. Os pontos quânticos de carbono servem como reservatórios de armazenamento de elétrons e podem efetivamente promover a geração catalítica de hidrogênio de P25 TiO2 sob irradiação UV.
Detecção química
A baixa toxicidade, biocompatibilidade e fotoestabilidade dos pontos quânticos de carbono podem ser usadas para detectar moléculas como íons metálicos, metais e ânions.
Tinta fluorescente
Os pontos quânticos de carbono podem emitir fluorescência significativa sob irradiação de luz ultravioleta e possuem forte fotoestabilidade, tornando-os usados como tintas fluorescentes. Gao et al. pontos quânticos de carbono incolor impressos em recortes de papel para tinta antifalsificação e criptografia de informações.
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