碳量子点的主要应用

碳量子点的研究引起了国内外学者的广泛关注，近年来更是掀起了以天然物质为碳源制备碳量子点的研究热潮。

碳元素是自然界中含量最丰富的元素之一，也是构成生命体最基本的元素。近年来，含碳纳米材料引起了广泛的研究兴趣，如碳纳米管、富勒烯等。但由于其自身缺陷，如纳米金刚石制作成本和分离成本过高、碳纳米管水溶性较差，且不是有效的光学发射体（尤其在可见光范围内），在很大程度上限制了这些碳材料更为广泛的应用。碳基纳米点是一种新型的零维碳纳米材料，相比于传统的碳材料，其制作成本、分离成本更为低廉。此外，其表面有较多亲水基团，因而具有更好的水溶性。

碳基纳米点简称碳点，如图1所示，可分为石墨烯量子点、碳量子点、聚合物点。碳量子点是由分散的类球状颗粒组成，尺寸在10nm以下，具有荧光性质的新型纳米碳材料。2004年，XU等首次在电泳法制备单壁碳纳米管的纯化过程中制备出一种具有尺寸相关的荧光性质的碳材料。SUN等在2006年通过表面钝化合成了具有增强荧光发射效应的荧光纳米颗粒，并将其命名为碳量子点。此外，WANG等在2011年通过分离蜡烛燃烧的烟灰得到尺寸小于2nm的碳量子点，研究表明该碳量子点是单纯sp2杂化的共轭体系。

碳量子点的应用

光电子领域

燃料敏化太阳能电池

李等人开发了碳量子点桥连半导体和罗丹明的高效光电转换系统，如图4所示，碳量子点在其中作为光生电子传递媒介的同时有效抑制了它们的复合，因此显著的提高了光电转换效率。碳量子点将其转换效率提高了7倍。

发光二极管

碳量子点发光稳定、成本低和环境友好性，是一类重要发光二极管材料。如图5为碳量子点在LED中的应用，A）碳量子点夹在LED中作为单一发光层结构，B）为蓝色，青色，品红色，和白色电致致发光（EL）光谱和真正的颜色照片。通过电流密度可以改变发光颜色的，通过改变电子传输层的材料和电极厚度，可以优化纯蓝色和白色的发射，这对LED的发展是有用的。

有报道冯等人用一步水热法制备出用于白光LED的单一光转换器的光致发光碳量子点。得到的白光LED色温为5584K，CIE坐标为（0.32，0.37），如图6所示。