蘇州醫工所揭示碳點的發光機制

　　碳點（CDs）于2004年被首次報道，可分為碳量子點（CQDs）、石墨烯量子點（GQDs）、碳化聚合物點（CPDs）和碳納米點（CNDs）。CDs因其特性引起關注，如高光致發光量子產率（PLQY）、可調諧發射波長、良好的生物相容性和抗光漂白穩定性。迄今為止，已有大量文獻報道了其在生物成像、傳感器分析、癌癥治療、催化劑等方面的應用。然而，碳點的實際熒光機制仍不清楚，該問題長期困擾研究人員并在一定程度上限制了碳點的發展。目前，已報道的各種熒光機制包括量子限域效應（QCE）、量子尺寸效應（QSE）、表面態、交聯增強發射效應（CEE）和分子態。

　　近期，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所研究員董文飛團隊通過純化分離，研究了碳點的分子結構和發光行為，并提出碳點的發光機制和形成機理。研究中，科研人員通過柱層析分離了鄰苯二胺碳點（o-pd CDs）并確認了兩種精確的分子熒光團結構，分別是2，3-二氨基吩嗪（DAP）和2-氨基-3-羥基吩嗪（AHP）。此外，科研人員還提取了兩種綠色化合物（G-CD1和G-CD2）和一種藍色化合物（B-CDs）。進一步的實驗表明，DAP在o-pd CDs溶液中的熒光中占主導地位，質量占比14.1%。此外，通過調整DAP濃度可以形成不同粒度尺寸的納米顆粒。DAP、AHP、G-CDs和B-CDs展示了CPDs、無定形點、納米針、石墨片和網狀聚合物狀結構。

　　由此，科研人員認為碳點是由DAP形成，其形成過程為：DAP最初聚集成為聚合物簇，隨后隨著時間增加逐漸碳化。當反應進一步進行時，塌縮和芳構化過程為CDs提供了核殼狀形態。此外，考慮到這些組分具備高PLQY，研究制備了多色和白光發光二極管（W-LEDs），表明碳點在LED行業具有較高的應用潛力。上述研究工作揭示了鄰苯二胺碳點的發光機制來源于小分子，確定了體系中是多分子態構成，為相似體系碳點的制備提供了指導依據并拓展了碳點在LED行業中的潛在應用。

　　相關研究成果以Formation mechanism of carbon dots: From chemical structures to fluorescent behaviors為題，發表在Carbon上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會、江蘇省自然科學基金等的資助。