Nano Select:煤基碳点合成、性质及应用综述

碳点由碳质核心和表面基团两部分组成。其中,碳质核心由sp2和sp3杂化碳构成,是碳点的骨架,尺寸一般小于10nm。自2004年在单壁碳纳米管纯化过程中首次发现以来,国内外学者在碳点原材料选择、合成工艺、表面改性及应用等方面取得了较大进展。碳点具有特殊的光电性质、优异的水溶性、低毒、良好的生物相容性等优点,在环境污染物监测、催化剂制备、能源开发、生物医学成像等方面具有广泛的潜在应用。然而,其原材料成本高、量子产率低、结构控制难等特点限制了碳点的商业化发展。煤及其衍生物作为一种重要的化石燃料,由于其价格低廉、资源丰富、含碳量高而受到碳点研究者的关注。

最近,安徽工业大学化学与化工学院研究人员在Nano Select发表了综述论文,该文系统介绍了近几年来煤基碳点的最新研究进展,系统阐述了煤基碳点廉价前驱体的选择,主要包括烟煤、无烟煤、褐煤、煤焦油、焦炭等。通过对煤基碳点制备方法的研究,如化学氧化法、电化学法、激光法、微波法、模板法等,寻找一种简单、绿色、可工业化的生产工艺。在此基础上,论述了通过在煤基碳点表面杂原子掺杂及有机/无机小分子修饰等进一步提高碳点的量子产率和光电性能。此外,还系统讨论了煤基碳点在能源(超级电容器、燃料电池、电催化剂)、环境(光催化剂、传感)和生物医学(生物传感器、药物传递、生物成像)等方面的应用。该文对煤基碳点的未来发展提出了一些可供参考的设计思路,相信随着对碳点材料结构的精确设计及光电机制的进一步认知,碳点将具有更广泛的应用。

博士生何自国为论文的第一作者,王知彩教授、张奎教授、张铖博士为论文的通讯作者,本文得到了国家自然科学基金和安徽省杰出青年科学基金的资助。

论文信息:

Coal based carbon dots: recent advances in synthesis, properties and applications

Ziguo He ,Shengjun Liu,Cheng Zhang,Liyuan Fan,Jian Zhang,Qian Chen,  Yudie Sun,Lifang He,Zhicai Wang,Kui Zhang

DOI:10.1002/nano.202100019

期刊介绍

Nano Select是创刊于2020年的综合开放获取期刊。期刊收稿范围广泛,涵盖纳米或微米尺度下的理论研究、实验结果、工业应用等各领域,读者范围广。该刊发表原创研究论文及综述文章。