荧光碳点是一种零维的半导体纳米材料，尺寸一般小于10nm，由一些分子或原子组成,2004年，Xu课题组在制备单壁碳纳米时意外发现具有蓝色荧光性能的碳纳米粒子，这一发现开启了碳纳米粒子制备、性能与应用研究的大门。2006年，Sun课题组制备出的荧光碳纳米颗粒，在光致激发下能发出明亮的荧光，被称为碳点(CDs)。研究发现荧光碳点具有的荧光特性、度的稳定性、低，并且无光漂白，以及荧光发射谱可随激发波长的变动而调节等。荧光碳点的生物兼容性、友好性等一系列不断着人们，使其在光学生物成像和生物学应用上也显示出的应用。

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碳量子点的应用

作为的零维碳纳米材料，CDs不具有水溶性和生物相容性等特点，还拥有发光度大、发光范围可调、双光子吸收截面大、光、无光闪烁、易于功能化、、易大规模等*的，使其在生物成像、传感器、光催化、太阳能电池等领域有着的应用。

3.1 生物成像和生物标记

目前已有许多传统半导体量子点或者有机荧光染料被应用于生物成像、生物标记。遗憾的是，无论是传统半导体量子点还是荧光染料，它们对都具有一定的生物，不利于，容易导致，限制了它们在生物检测和成像方面的应用。相对于传统半导体量子点或者有机荧光染料，CDs具有光学特性和低，使得其在生物成像、生物标记方面受到度。通常被用于生物体及成像的CDs，粒径都较小，低且易于排出体外，可作为生物体及成像的材料。

3.2 传感器

(1)荧光传感器

荧光光谱法因其仪器操作、灵敏度等而备受研究学者的喜爱。由于CDs的发光性质与其表面的结构有关，通过CDs与待测物质之间的作用，从而改变表面电子空穴对之间的复合效率，使体系的荧光信号发生增或猝灭，据此可实现对待测物质的定性和定量分析。

图7 Zr(CDs-COO)₂EDTA开关式荧光探针测定F-机理^[7]

图8 CDs-BSA-Lys荧光探针测定Cu²⁺机理^[8]

内的pH值对间信号传导、钙浓度调节、离子传输和体内平衡关。异硫氰酸酯(FITC)的荧光特性与pH有关，FITC-CDs的荧光比率在pH 5-8之间呈线性变化，因此很适合于制作内pH传感器。

图9 双光子pH传感器CDs-TPY(三联吡啶)探针示意图^[9]

目前，CDs在荧光中的应用已经来广，除了应用于上述的 Cu²⁺、F^-以及DNA的检测外，还适用于其他物质的检测，表1显示了部分基于CDs材料的荧光法检测。

表1 基于CDs的荧光法传感器^[1]

(2)电化学分析

电化学分析方法具有灵敏度、选择性好等，同时，电化学生物传感器可以实现对活体进行分析，因此电化学分析法在生物、等领域得到了放入应用。作为碳纳米材料之一，CDs也具有碳纳米材料的一些性质，比如导电性好，比表面积大等。相比于其他碳纳米材料，CDs具有方法、水溶性好、低和生物相容性好等。因此，CDs是一种较为的纳米电材料。

图10 rGO-CDs的及DA的电化学检测机理^[10]

DA分子内存在的苯环容易与rGO形成π-π作用，而rGO具有的导电性和氧化性，CDs又含有的羧基和羟基具有的分散性和吸附相容性，所以rGO-CDs能够进一步增对DA检测的选择性及体系的灵敏性。同时利用CDs与多壁碳纳米管 ( MWCNTs)层层自组装形成MWCNTs-CDs-MWCNTs复合纳米材料并修饰于电表面，用于同时检测邻、对、间苯二酚。MWCNTs具有好的导电性和导热性，同时还具有的度和韧性，是修饰电的好材料，但由于其在电表面的吸附能力差并且排列混乱，往往修饰电检测效果不佳。由于CDs具有的分散性和吸附相容性，使修饰了氨基的MWCNTs与CDs的羧基相互作用，CDs的静电连接作用使MWCNTs的层与层之间有序的结合，增加了MWCNTs的比表面积和导电能力，MWCNTs之间的有序排列并形成一定的空隙，使MWCNTs- CDs的导电性、选择性和氧化还原性能提，能地实现对邻苯二酚、对苯二酚和间苯二酚的同时测定。

表2 基于CDs的电化学传感器^[1]

CDs不具有的电化学信号，还具有石墨烯等碳纳米材料所不具备的一些性质：的发光性。利用这两种特性，CDs在电化学发光分析(ECL)中也得到了的应用。随着研究的不断，灵敏度，准确性好的基于CDs的电化学发光传感器将被不断地研究开发。

(3)电催化

随着纳米科学地不断进步，、经济的光催化剂备受青睐，特别是在带隙能量、化学成分和表面改性方面。CDs具有尺寸依赖性，的上转换发光性质，且响应波长从近红外区延伸到蓝色、可见光区，使其具有的光催化性能。例如CDs /TiO₂、CDs /ZnO等复合材料。

图11 石墨烯量子点GQDs(CDs的一种)光催化的多敏化模型^[11]

CDs /TiO₂与纯TiO₂比较，在全光谱下的光催化速率提2倍，在可见光下的光催化速率提6倍。CDs /TiO₂复合材料能够地提体系的光催化效率，主要原因有：一方面是CDs可以作为电荷存储器，减少TiO₂表面电子-空穴的复合；另一方面是CDs具有的上转换特性，能够吸收400-600 nm的可见光，并将其转换为300-400 nm的紫外光，从而激发了TiO₂产生电子-空穴对，而电子空穴能够吸收氧化剂或还原剂(通常是O₂/OH^-)，产生活性自由基(如O₂^-，OH)，从而提对有机染料降解能力。

CDs /ZnO材料作为光催化剂，光催化降解有气体(苯和甲醇)，CDs在增材料的光催化性能方面发挥的作用。先，CDs负载在ZnO表面形成dyade结构，在可见光照射下可诱导电荷发生转移。在dyade 结构中，CDs上的光诱导电子处于电子转移中间态，而在ZnO上的空穴仍保持电子结构，这个过程可以抑制电子-空穴对复合，同时通过CDs表面吸附的O₂与CDs上的电子组合形成氧自由基(O₂^-)，确保在可见光激发下光生电子和空穴具有反应活性。其次，利用CDs的上转换特性，将吸收的长波长的光转换成短波长的光反过来激发ZnO，从而形成电子-空穴对。后，在苯的降解过程中，CDs和苯环的π-π共轭作用有利于苯在CDs /ZnO纳米复合材料表面的聚集，克服了有机污染物在材料表面覆盖率低的瓶颈。通过以上三步的协同作用，CDs/ZnO纳米复合材料较未修饰的ZnO具有的光催化活性。

同时，基于CDs的其他复合材料(如：CDs/C₃N₄、CDs/Fe₂O₃，CDs/Ag /Ag₃PO₄，CDs/Cu₂O等)在光催化方面也得到了的应用。

(4)太阳能电池

由于CDs具有宽吸收窄发射特性、的光电转换性能以及的电子迁移率，使其在太阳能电池方面得到了的应用。CDs一般用于染料敏化太阳能电池中。

(5)发光二管

作为非金属发光材料，CDs在发光二管(LED)等中也得到了的应用。三基色的CDs制备，即：由邻苯二胺制备出发绿光的CDs，由间苯二胺制备出发蓝光的CDs，由对苯二胺制备出发红光的CDs。通过调节不同比例的三种CDs，制备出多种颜色的PVA膜，其为制备三基色的CDs在LED上的应用提供了可能性。