水热碳化蜂花粉宏量制备荧光碳量子点获得新进展

AS碳量子点是近年来碳家族的一种明星纳米材料。相对于碳家族其他发展成熟的纳米材料如富勒烯烯、碳纳米管、石墨烯等,碳量子点的突出优点在于其发光性质。与传统的含重金属离子的荧光半导体纳米材料相比,碳量子点优异的生物相容性使其在生物成像方向具有十分广阔的应用前景。然而目前仍有很多方面限制了碳量子点的广泛应用,其中瓶颈之一是缺乏重现性好的规模化制备方法。尽管文献报道的很多方法具备宏量制备碳量子点的可能性,但是均未做尝试,且大多数方法缺乏制备重现性的相关数据报道。

最近,中国科学技术大学俞书宏教授课题组有效的解决了这一问题。研究人员以商业蜂花粉为原料,一步水热法宏量制备了荧光碳量子点。结果表明该方法具备非常好的重现性。相关结果发表在近期出版的Advanced Science杂志上(Adv. Sci. 2015, DOI: 10.1002/advs.201500002)。

蜂花粉是工蜂采集的植物花粉所形成的颗粒,为蜜蜂幼虫的生长提供营养成分。蜂花粉富含多种生物分子,包括多糖、蛋白质、氨基酸以及核酸等。以商业蜂花粉为原材料制备荧光碳量子点具有以下优势:蜂花粉品种多样,价格实惠;转化率高、重现性好、可规模化制备;环境友好、无需后处理。作者选取了三种市售蜂花粉为原材料,通过简单的水热方法,制备出氮掺杂的碳量子点,荧光量子产率在6%到13%之间。研究发现碳量子点中氮的掺杂含量与蜂花粉品种有关,同时氮的掺杂含量越高,荧光量子产率也越高。尤其重要的是,反应体积的增大对碳量子点的产率及荧光效率没有显著影响,表明该方法可实现碳量子点的宏量生产。细胞毒性结果表明,该碳量子点对细胞没有明显毒性,同时细胞成像结果显示受激发碳量子点能够发射出蓝、绿、红三种颜色荧光。此外,该碳量子点还表现出优异的催化性能。

该工作发展了一种重现性好的规模化制备荧光碳量子点的绿色普适方法,所制备的碳量子点有望应用于生物成像、光催化剂、发光器件等领域。

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