不同原料制備碳納米點(diǎn)的表征及性能分析

不同原料制備碳納米點(diǎn)的表征及性能分析引言碳納米點(diǎn)是一種尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)光性良好的納米材料，具有廣闊的應(yīng)用前景，如熒光標(biāo)記、生物傳感器、電化學(xué)傳感器、光電轉(zhuǎn)換器等。本文將重點(diǎn)介紹不同原料制備碳納米點(diǎn)的表征及性能分析。制備方法常見(jiàn)的碳納米點(diǎn)制備方法包括化學(xué)還原法、微波法和激光碎裂法等。不同原料、反應(yīng)條件和制備方法對(duì)碳納米點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和性能有很大影響。下面將結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別討論不同原料的制備方法和其對(duì)碳納米點(diǎn)的影響。1.化學(xué)還原法化學(xué)還原法是制備碳納米點(diǎn)常用的方法之一，該方法以氧化石墨為原料，在還原劑和表面活性劑的影響下制備碳納米點(diǎn)。以石墨烯過(guò)氧化物(GO)和亞硝酸鈉(NaNO2)為原料，硫酸鐵為催化劑，環(huán)境溫度下進(jìn)行化學(xué)還原。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在還原劑和表面活性劑的存在下，可以制備出直徑在1~6nm之間的碳納米點(diǎn)(圖1)。圖1化學(xué)還原法制備的碳納米點(diǎn)(TEM像)2.微波法微波法是另一種制備碳納米點(diǎn)的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)效率高及所需原料少等。以檸檬酸三鈉、吡啶為原料，在微波加熱下，制備了碳納米點(diǎn)。結(jié)果表明，在微波輻射下，吡啶與檸檬酸三鈉共同發(fā)生加熱反應(yīng)，生成大量粒徑在1~4nm之間的碳納米點(diǎn)。碳納米點(diǎn)具有很好的熒光性質(zhì)，顯示出藍(lán)色的熒光(圖2)。圖2微波法制備的碳納米點(diǎn)(TEM像)3.激光碎裂法激光碎裂法是一種較新的制備碳納米點(diǎn)的方法，該方法以固體材料為原料，利用激光的高溫高壓作用將材料壓縮成納米粒子。采用激光碎裂法制備的碳納米點(diǎn)，通常具有較好的晶體結(jié)構(gòu)和較好的熒光性能。以金剛石為原料，采用稀薄氧氣燃燒激光法，在高溫高壓下制備了碳納米點(diǎn)。結(jié)果顯示碳納米點(diǎn)平均粒徑在50~100nm之間(圖3)。圖3激光碎裂法制備的碳納米點(diǎn)(TEM像)性能分析1.光學(xué)性能碳納米點(diǎn)具有較好的熒光性能，這使得它們?cè)跓晒鈽?biāo)記、生物傳感器、電化學(xué)傳感器、光電轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。性質(zhì)測(cè)試結(jié)果表明，使用化學(xué)還原法制備的碳納米點(diǎn)在400~600nm范圍內(nèi)發(fā)射強(qiáng)度大，推測(cè)這與受光程度直接相關(guān)和表面修飾相關(guān)。在不同條件下制備碳納米點(diǎn)，對(duì)其發(fā)光性能也有影響。例如采用微波法制備的碳納米點(diǎn)，其藍(lán)色熒光可以被用于生物成像等領(lǐng)域。2.熱穩(wěn)定性碳納米點(diǎn)具有良好的熱穩(wěn)定性，這使得它們?cè)诟邷丨h(huán)境下工作具有優(yōu)勢(shì)。使用化學(xué)還原法制備的碳納米點(diǎn)可以在550℃下熱穩(wěn)定。而通過(guò)激光碎裂法制備的碳納米點(diǎn)，其高溫穩(wěn)定性更高，可以耐受高達(dá)1000℃的高溫。3.生物兼容性生物兼容性是制備碳納米點(diǎn)時(shí)需要考慮的重要因素。結(jié)果顯示，與一些傳統(tǒng)材料相比，碳納米點(diǎn)具有較好的生物兼容性。以化學(xué)還原法制備的碳納米點(diǎn)為例，結(jié)果表明碳納米點(diǎn)對(duì)白細(xì)胞的生長(zhǎng)影響不大。此外，碳納米點(diǎn)還可以作為熒光探針用于細(xì)胞標(biāo)記，具有藍(lán)色微弱熒光，可在生物組織中較好地被追蹤。總結(jié)不同原料制備碳納米點(diǎn)的表征及性能分析，本文主要對(duì)化學(xué)還原法、微波法和激光碎裂法三種制備方法進(jìn)行了討論。這些制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)不同需要選擇合適的方法