双色碳量子点的制备及其在LED中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

荧光碳量子点是一种具有优异荧光性能的新型碳纳米材料，由于其具有低细胞毒性，很好的生物相容性、化学惰性、尺寸相关的荧光性、耐光漂白、激发波长可调等特性而广泛受到关注，可应用于生物成像、传感、光催化、光电设备等领域。

本课题通过高荧光量子产率的多色荧光碳量子点的制备应用于光学器件领域。

碳源的选择方面，由于天然物质来源广泛、绿色环保，因此在本课题中选用天然物质作为碳源。

2. 国内外研究现状分析

光致发光碳量子点是一种尺寸在10 nm 以下并且以碳为骨架结构具有一定分散性的类球形纳米颗粒^[1] 。

碳量子点除了具有传统量子点发光性能、纳米尺寸特性和化学稳定性以外，而且具有低细胞毒性、良好的生物相容性、化学惰性以及与环境友好的特点，此外其高荧光强度、耐漂白、发射稳定等荧光性能^[2-4]，在荧光探针^[5]、光催化^[6]、光电器件^[7]等领域具有广泛应用前景。如以咖啡酸碳源，掺杂杂原子二乙胺通过绿色水热法制备出发绿色和黄色荧光的碳纳米点并应用于生物成像^[8]。wang等^[9]以柠檬酸水合物为碳源和谷胱甘肽为氮源、硫源，采用采用微波消解法，经透析处理后制得具有蓝色荧光的n、s掺杂的碳量子点并应用于细胞标记。zhou等^[10]以柠檬酸和羟甲基氨基甲烷为碳源，采用水热法在250℃下加热6h，经透析后制得具有蓝色荧光的碳量子点并用于fe³ 的检测。同时近几年掀起了以苹果汁^[11]、枫叶^[12]、核桃壳^[13]、仙人掌^[14]等天然物质为碳源制备荧光碳量子点的热潮。然而目前报道的碳量子点的产率偏低且多为蓝光,严重限制了此类材料的应用^[15]。赵^[15]等以乌头酸作为碳源，组合掺杂试剂二乙胺和尿素通过水热法制备出发蓝光和黄光的荧光碳点并成功应用于细胞成像。张等^[16]以柠檬酸和尿素为碳源，通过溶剂回流法制备出黄绿色荧光碳量子点应用于复合荧光薄膜的制备。

作为纳米材料领域的备受关注的发光材料，碳量子点具备优越的发光性能，主要体现在光致发光和电致发光，以光致发光最为突出^[17]。中国科学院理化技术研究所和中国科学院长春应化研究所联合利用碳量子点的发光性能制造了首个碳量子点发光器件^[18]. 由于碳量子点具有较高的电子迁移率、较长的热电子寿命较强的稳态荧光等独特的光电性质和可溶液加工、成本低的特点，有助于提高光电和能源器件的性能并推动这一领域的发展和应用^[7]。对富含环氧基的聚苯乙烯微球进行热分解，分别在200、300和400℃条件下制备出发蓝色、橙色和白色荧光并且将其运用于制备发蓝、橙、白三种不同颜色的led器件^[19]。

[1] shenj, zhu y, yang x, et al. graphene quantum dots: emergent nanolights forbioimaging, sensors, catalysis and photovoltaic devices[j]. cheminform, 2012,43(29): 3686-3699.

3. 研究的基本内容与计划

1.研究内容：

1）制备双色碳量子点：

以椰树枝叶作为碳源，采用氮掺杂的制备工艺，主要采用水（溶剂）热法来制备双色碳量子点。

4. 研究创新点

1）选用天然物质作为碳源，来源广泛，绿色环保，制备过程绿色无污染；