Síntesis dePuntos cuánticos de carbono
La síntesis de puntos cuánticos de carbono se puede dividir principalmente en dos categorías: método de arriba hacia abajo y método de abajo hacia arriba. Mediante el pretratamiento, la preparación y el procesamiento posterior, se puede controlar el tamaño de los puntos cuánticos de carbono, pasivarlos en la superficie, doparlos con heteroátomos y nanocompuestos para cumplir con los requisitos.
Enfoque de arriba hacia abajo
Método de arriba hacia abajo: método de ablación por láser, método electroquímico, método de descarga por arco.
descarga de arco
El Dr. Xu sintetizó nanopartículas de carbono fluorescentes azules y amarillas utilizando cenizas de carbono como fuente de carbono mediante el método de descarga de arco. Bottini et al. puntos cuánticos de carbono fluorescentes de color amarillo verde sintetizados utilizando nanotubos de carbono de pared simple como fuentes de carbono. Sol y cols. Puntos cuánticos de carbono preparados con tamaños de partículas nanocompuestas inferiores a 10 nm, que pueden utilizarse para la conversión fotoeléctrica.
El método de descarga por arco tiene un rendimiento relativamente bajo, una purificación compleja, una recolección de producto difícil, un alto contenido de oxígeno y no requiere modificación de la superficie. Su mecanismo de luminiscencia puede ser similar al de los nanotubos de carbono.
Método de ablación con láser
El Dr. Sun preparó puntos cuánticos de carbono fluorescentes utilizando carbono como objetivo mediante ablación con láser.
El Dr. Hu sintetizó puntos cuánticos de carbono con funcionalización simultánea de la superficie mediante el método de ablación por láser en un solo paso.
El método de ablación por láser requiere instrumentos costosos y la adición de disolventes orgánicos para alterar el estado de la superficie y producir puntos cuánticos de carbono fluorescentes.
método electroquímico
El método de oxidación electroquímica se refiere al método de preparar puntos cuánticos de carbono oxidando la fuente de carbono W mediante métodos electroquímicos. Zhou y cols. Obtuvieron puntos cuánticos de carbono mediante oxidación electroquímica de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MwCNT).
Los métodos electroquímicos tienen ventajas únicas en el análisis de la estructura de la superficie y la investigación del mecanismo de luminiscencia, incluido el bajo costo del material, las condiciones suaves y el postratamiento simple.
Enfoque de abajo hacia arriba
Método de abajo hacia arriba: método de carbonización orgánica, método de microondas, método hidrotermal, método de combustión, método de tratamiento ultrasónico, etc.
Método de carbonización orgánica.
Método de carbonización orgánica: se pueden obtener puntos cuánticos de carbono capaces de emitir fluorescencia carbonizando precursores orgánicos, y se pueden preparar puntos cuánticos de carbono solubles en agua/aceite con funcionalización de superficie. Los métodos de carbonización orgánica se pueden dividir en dos categorías: carbonización por calentamiento y carbonización por deshidratación ácida. Este método puede cambiar el rendimiento de los puntos cuánticos de carbono seleccionando diferentes precursores de carbonización o diferentes agentes de recubrimiento de superficies.
Método de microondas
Microondas se refiere a ondas electromagnéticas con una frecuencia de longitud de onda entre 300 MHz y 300 GHz. Las características del microondas son concentración de energía, uniformidad, alta eficiencia y corto tiempo de reacción. Se pueden seleccionar diferentes fuentes de carbono como sacarosa, óxido de grafito (GO), glucosa, quitosano, polietilenglicol, dimetilformamida (DMF), etc. para preparar los puntos cuánticos de carbono correspondientes.
método hidrotermal
Sintetizar sustancias en un reactor utilizando agua como disolvente en condiciones de alta temperatura y presión. Su método de extensión es el método solvotérmico utilizando disolventes orgánicos. El proceso de preparación hidrotermal es relativamente simple y fácil de controlar. Reaccionar simultáneamente en un espacio confinado puede evitar la volatilización de la materia orgánica. Las propiedades de los puntos cuánticos de carbono producidos varían según el disolvente utilizado.
Método de combustión
El proceso de preparación de puntos cuánticos de carbono mediante el método de combustión es simple de operar, requiere bajos requisitos de equipo y tiene una gran repetibilidad, pero la distribución del tamaño de las partículas del producto es difícil de controlar.
Método de tratamiento ultrasónico
El Dr. Li añadió carbón activado al agua con peróxido de hidrógeno para formar una suspensión negra. La suspensión diluida mediante tratamiento con ultrasonidos a temperatura ambiente se dializa luego al vacío utilizando una membrana de celulosa para eliminar las sustancias no fluorescentes. Nanopartículas de carbono funcionalizadas (FCNP) obtenidas tras filtración. El método de tratamiento ultrasónico para preparar puntos cuánticos de carbono requiere bajos requisitos de equipo, operación simple, bajo costo, alto rendimiento y bajo consumo de energía.
Para la investigación de aplicaciones o mecanismos, es necesario controlar el tamaño de los puntos cuánticos de carbono. Actualmente, el método común consiste en preparar puntos cuánticos de carbono en nanorreactores. El material de partida orgánico se absorbe en un nanorreactor poroso a través de fuerzas capilares, y el material de partida orgánico se agrieta en el nanorreactor para eliminar el nanorreactor y obtener puntos cuánticos de carbono.
Pasivación y funcionalización de superficies.
La eficiencia cuántica de los puntos cuánticos de carbono sin pasivación superficial suele ser muy baja. Para satisfacer necesidades de aplicaciones específicas, las personas pasivan y funcionalizan puntos cuánticos de carbono mediante unión covalente, coordinación, interacción π - π, interacción sol gel y otras formas. La funcionalización de puntos cuánticos de carbono puede mejorar sus propiedades ópticas y fisicoquímicas.
Dopaje con heteroátomos
El dopaje con heteroátomos se utiliza habitualmente para regular la luminiscencia de sustancias. Los heteroátomos comunes incluyen nitrógeno (N), azufre (S), fósforo (P), silicio (Si), etc. El dopaje con nitrógeno (N) puede mejorar significativamente la fotoluminiscencia y la intensidad de la emisión está relacionada con el contenido de nitrógeno; Los puntos cuánticos de carbono dopados con silicio (Si) pueden exhibir una respuesta específica al H2O2.
Compuesto de puntos cuánticos de carbono.
Los compuestos de puntos cuánticos de carbono pueden combinar sus propiedades de fluorescencia con las propiedades eléctricas, magnéticas, ópticas y otras de las nanopartículas inorgánicas para satisfacer las necesidades de diferentes campos de aplicación. Según las propiedades de los materiales compuestos, se pueden dividir en dos tipos: compuestos de metales preciosos (como Ag) y compuestos semiconductores (como TiO2, Fe2O3, Cu2O, etc.).
La aplicación de los puntos cuánticos de carbono
Los puntos cuánticos de carbono tienen muchas propiedades excelentes, como una fuerte fotoluminiscencia, una gran capacidad de transferencia de electrones y una buena biocompatibilidad, y tienen un enorme valor de aplicación potencial en campos como la biología, la medicina, la ingeniería química y la electrónica.
Bioimagen
La fuerte luminiscencia y la buena toxicidad biológica de los puntos cuánticos de carbono se pueden utilizar para reemplazar los puntos cuánticos semiconductores y los tintes orgánicos. En comparación con los marcadores celulares tradicionales, su mayor ventaja es la luminiscencia multicolor, que resulta beneficiosa para los investigadores a la hora de controlar y seleccionar longitudes de onda de excitación y emisión según las diferentes necesidades de obtención de imágenes. Con la profundización de la investigación, la focalización selectiva de puntos cuánticos de carbono en células tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo de las imágenes biológicas en el futuro.
Tratamiento de enfermedades
Los puntos cuánticos de carbono pueden servir como fotosensibilizadores para ciertos tumores específicos, mientras que los puntos cuánticos de carbono agrupados en áreas específicas pueden inhibir el crecimiento de células cancerosas mediante irradiación de longitud de onda específica. Los investigadores también lo utilizan como nanoportador y rastreador para monitorear el proceso de administración de medicamentos o genes. Al monitorear la señal de fluorescencia de los puntos cuánticos de carbono, se puede inferir el efecto de administración de los medicamentos, optimizando así el método de inyección y la dosis de los medicamentos.
Materiales luminiscentes
Debido a sus excelentes propiedades optoelectrónicas, los puntos cuánticos de carbono se pueden utilizar para la conversión fotoeléctrica. Mirtchev et al. Células solares de dióxido de titanio sensibilizadas con puntos cuánticos de carbono preparadas.
Aplicaciones fotocatalíticas
La superficie de los puntos cuánticos de carbono tiene abundantes grupos funcionales y una excelente capacidad de transferencia de electrones, lo que les confiere un excelente rendimiento catalítico fotocatalítico y electroquímico. Yu et al. Preparó nanocompuestos de TiO2 P25 de puntos cuánticos de carbono utilizando un método hidrotermal de un solo paso. Los puntos cuánticos de carbono sirven como depósitos de almacenamiento de electrones y pueden promover eficazmente la generación catalítica de hidrógeno de P25 TiO2 bajo irradiación UV.
Detección química
La baja toxicidad, biocompatibilidad y fotoestabilidad de los puntos cuánticos de carbono se pueden utilizar para detectar moléculas como iones metálicos, metales y aniones.
tinta fluorescente
Los puntos cuánticos de carbono pueden emitir una fluorescencia significativa bajo la irradiación de luz ultravioleta y tienen una fuerte fotoestabilidad, lo que los hace utilizados como tintas fluorescentes. Gao et al. Puntos cuánticos de carbono incoloros impresos en recortes de papel para tinta antifalsificación y cifrado de información.
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