窄峰宽荧光发射碳纳米点的合成与发光机理研究

• 作 者: 孙铭鸿
• 出 处: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
• 发表日期: 2019年08期
• 关键词: 碳纳米点 发光机理 光漂白 窄峰宽 瞬态吸收光谱

碳纳米点(CDs)因其具有环境友好、原料来源广泛、制备方法简单和生物低毒性等性质越来越受到人们的关注。碳纳米点的合成方法和原料也因此越来越多样,但其复杂的内核结构、丰富的表面官能团、不均一的粒径可能导致其发光中心和半峰宽(FWHM)的变化,使其发光起源更加混乱,严重阻碍其发展和应用。本文主要从碳纳米点的合成方法和发光机理以及共轭尺寸调控等方面对影响碳纳米点发光的因素进行了详细研究,重点研究了一种由间苯三酚通过微波辅助加热方法制备的碳纳米点(CDs)的发光行为,其乙醇溶液在日光照射下是橙色的溶液,在紫光照射下发出黄绿色荧光。通过TEM、AFM、XPS、FT-IR表征了该碳纳米点的结构特征,XRD图谱表明该碳纳米点是一种氧化石墨型结构的纳米颗粒,XPS能谱和FT-IR光谱表明碳纳米点仅由碳、氢和氧三种元素组成,表面含有环氧基(-C-O-C-)、羟基(-OH)和酯基(-OOCH)等含氧官能团。并且,经过强紫外激光的照射,研究了该碳纳米点的光稳定性,得到了一种相对纯粹的由碳核本征态发光的碳纳米点(CDs-i)。基于稳态荧光光谱和瞬态吸收光谱,在CDs中发现了三个发光中心,即表面态、表面分子荧光团和内部碳核,其发射光谱表现出激发独立性质的峰位分别集中在484 nm、526 nm和550 nm。来自表面分子荧光团和表面态的发射表现出较弱的光稳定性,它们在经过长时间的紫外激光照射后发生了荧光猝灭。相反,紫外光诱导碳纳米点表面脱氧,来自内部碳核的发射不仅显示出非常稳定的发射和较窄的半峰宽的值——38 nm,而且经过紫外光照射之后它的发射强度有略微的增强。基于这种光稳定性的差异,本文展示了在长时间的紫外光照射下,CDs的表面是如何脱氧的,从而产生一个相对纯净、窄的本征发射,荧光量子效率从13%提高到了17%。