Sintesi diPunti quantici di carbonio
La sintesi dei punti quantici di carbonio può essere principalmente divisa in due categorie: metodo top-down e metodo bottom-up. Attraverso il pretrattamento, la preparazione e la successiva lavorazione, i punti quantici di carbonio possono essere controllati nelle dimensioni, passivati sulla superficie, drogati con eteroatomi e nanocompositi per soddisfare i requisiti.
Approccio dall 'alto verso il basso
Metodo top down: metodo di ablazione laser, metodo elettrochimico, metodo di scarica ad arco.
scarica dell'arco
Il dottor Xu ha sintetizzato nanoparticelle di carbonio fluorescenti blu e gialle utilizzando la cenere di carbonio come fonte di carbonio utilizzando il metodo della scarica ad arco. Bottini et al. punti quantici di carbonio fluorescente giallo verde sintetizzati utilizzando nanotubi di carbonio a parete singola come fonti di carbonio. Sole et al. punti quantici di carbonio preparati con dimensioni delle particelle nanocomposite inferiori a 10 nm, che possono essere utilizzati per la conversione fotoelettrica.
Il metodo della scarica ad arco ha una resa relativamente bassa, una purificazione complessa, una raccolta difficile del prodotto, un alto contenuto di ossigeno e non richiede modifiche superficiali. Il suo meccanismo di luminescenza può essere simile a quello dei nanotubi di carbonio.
Metodo di ablazione laser
Il Dr. Sun ha preparato punti quantici di carbonio fluorescente utilizzando il carbonio come bersaglio attraverso l'ablazione laser.
Il Dr. Hu ha sintetizzato punti quantici di carbonio con funzionalizzazione superficiale simultanea utilizzando il metodo di ablazione laser in un unico passaggio.
Il metodo di ablazione laser richiede strumenti costosi e l’aggiunta di solventi organici per alterare lo stato superficiale al fine di produrre punti quantici di carbonio fluorescenti.
Metodo elettrochimico
Il metodo di ossidazione elettrochimica si riferisce al metodo di preparazione dei punti quantici di carbonio ossidando la fonte di carbonio W utilizzando metodi elettrochimici. Zhou et al. hanno ottenuto punti quantici di carbonio mediante ossidazione elettrochimica di nanotubi di carbonio a parete multipla (MwCNT).
I metodi elettrochimici presentano vantaggi unici nell'analisi della struttura superficiale e nella ricerca sui meccanismi di luminescenza, tra cui il basso costo dei materiali, condizioni blande e un semplice post-trattamento.
Approccio dal basso verso l'alto
Metodo dal basso verso l'alto: metodo di carbonizzazione organica, metodo a microonde, metodo idrotermale, metodo di combustione, metodo di trattamento ad ultrasuoni, ecc.
Metodo della carbonizzazione organica
Metodo di carbonizzazione organica: punti quantici di carbonio in grado di emettere fluorescenza possono essere ottenuti carbonizzando precursori organici e possono essere preparati punti quantici di carbonio solubili in acqua/olio con funzionalizzazione superficiale. I metodi di carbonizzazione organica possono essere suddivisi in due categorie: carbonizzazione per riscaldamento e carbonizzazione per disidratazione acida. Questo metodo può modificare le prestazioni dei punti quantici di carbonio selezionando diversi precursori di carbonizzazione o diversi agenti di rivestimento superficiale
Metodo a microonde
Per microonde si intendono le onde elettromagnetiche con una frequenza di lunghezza d'onda compresa tra 300 MHz e 300 GHz. Le caratteristiche delle microonde sono concentrazione di energia, uniformità, alta efficienza e tempi di reazione brevi. È possibile selezionare diverse fonti di carbonio come saccarosio, ossido di grafite (GO), glucosio, chitosano, polietilenglicole, dimetilformammide (DMF), ecc. Per preparare i corrispondenti punti quantici di carbonio.
Metodo idrotermale
Sintetizzare le sostanze in un reattore utilizzando l'acqua come solvente in condizioni di temperatura e pressione elevate. Il suo metodo di estensione è il metodo solvotermico che utilizza solventi organici. Il processo di preparazione idrotermale è relativamente semplice e facile da controllare. Reagire contemporaneamente in uno spazio ristretto può prevenire la volatilizzazione della materia organica. Le proprietà dei punti quantici di carbonio prodotti variano a seconda del solvente utilizzato.
Metodo di combustione
Il processo di preparazione dei punti quantici di carbonio mediante il metodo di combustione è semplice da utilizzare, richiede bassi requisiti di apparecchiature e ha una forte ripetibilità, ma la distribuzione delle dimensioni delle particelle del prodotto è difficile da controllare.
Metodo di trattamento ad ultrasuoni
Il dottor Li ha aggiunto carbone attivo all'acqua ossigenata per formare una sospensione nera. La sospensione diluita mediante trattamento ad ultrasuoni a temperatura ambiente viene quindi dializzata sotto vuoto utilizzando una membrana di cellulosa per eliminare le sostanze non fluorescenti. Nanoparticelle di carbonio funzionalizzate (FCNP) ottenute dopo la filtrazione. Il metodo di trattamento ad ultrasuoni per la preparazione dei punti quantici di carbonio richiede bassi requisiti di apparecchiature, funzionamento semplice, basso costo, alta resa e basso consumo energetico.
Per la ricerca su applicazioni o meccanismi, è necessario controllare la dimensione dei punti quantici del carbonio. Attualmente, il metodo comune consiste nel preparare punti quantici di carbonio nei nanoreattori. Il materiale organico di partenza viene assorbito in un nanoreattore poroso attraverso forze capillari e il materiale organico di partenza viene fratturato nel nanoreattore per rimuovere il nanoreattore e ottenere punti quantici di carbonio.
Passivazione e funzionalizzazione superficiale
L'efficienza quantica dei punti quantici di carbonio senza passivazione superficiale è solitamente molto bassa. Per soddisfare esigenze applicative specifiche, le persone passivano e funzionalizzano i punti quantici di carbonio attraverso il legame covalente, la coordinazione, l'interazione π - π, l'interazione sol-gel e altri modi. La funzionalizzazione dei punti quantici di carbonio può migliorare sia le loro proprietà ottiche che fisico-chimiche.
Doping eteroatomico
Il drogaggio con eteroatomi è comunemente utilizzato per regolare la luminescenza delle sostanze. Gli eteroatomi comuni includono azoto (N), zolfo (S), fosforo (P), silicio (Si), ecc. Il drogaggio con azoto (N) può migliorare significativamente la fotoluminescenza e l'intensità dell'emissione è correlata al contenuto di azoto; I punti quantici di carbonio drogato con silicio (Si) possono mostrare una risposta specifica all'H2O2.
Composito di punti quantici di carbonio
I compositi a punti quantici di carbonio possono combinare le loro proprietà di fluorescenza con le proprietà elettriche, magnetiche, ottiche e di altro tipo delle nanoparticelle inorganiche per soddisfare le esigenze di diversi campi di applicazione. In base alle proprietà dei materiali compositi, possono essere suddivisi in due tipi: compositi di metalli preziosi (come Ag) e compositi semiconduttori (come TiO2, Fe2O3, Cu2O, ecc.).
L'applicazione dei punti quantici di carbonio
I punti quantici di carbonio hanno molte proprietà eccellenti come una forte fotoluminescenza, una forte capacità di trasferimento di elettroni e una buona biocompatibilità e hanno un enorme potenziale valore applicativo in campi come la biologia, la medicina, l'ingegneria chimica e l'elettronica
Bioimmagini
La forte luminescenza e la buona bassa tossicità biologica dei punti quantici di carbonio possono essere utilizzate per sostituire i punti quantici dei semiconduttori e i coloranti organici. Rispetto ai tradizionali marcatori cellulari, il loro più grande vantaggio è la luminescenza multicolore, che è vantaggiosa per i ricercatori per controllare e selezionare le lunghezze d'onda di eccitazione ed emissione in base alle diverse esigenze di imaging. Con l’approfondimento della ricerca, il targeting selettivo delle cellule dei punti quantici di carbonio ha ampie prospettive di applicazione nel campo dell’imaging biologico in futuro.
Trattamento della malattia
I punti quantici di carbonio possono fungere da fotosensibilizzatori per alcuni tumori specifici, mentre i punti quantici di carbonio raggruppati in aree specifiche possono inibire la crescita delle cellule tumorali attraverso l’irradiazione di lunghezze d’onda specifiche. I ricercatori lo utilizzano anche come nanotrasportatore e tracker per monitorare il processo di rilascio di farmaci o geni. Monitorando il segnale di fluorescenza dei punti quantici di carbonio, è possibile dedurre l'effetto di somministrazione dei farmaci, ottimizzando così il metodo di iniezione e il dosaggio dei farmaci.
Materiali luminescenti
Grazie alle sue eccellenti proprietà optoelettroniche, i punti quantici di carbonio possono essere utilizzati per la conversione fotoelettrica. Mirtchev et al. celle solari al biossido di titanio sensibilizzate con punti quantici di carbonio preparate.
Applicazioni fotocatalitiche
La superficie dei punti quantici di carbonio ha abbondanti gruppi funzionali e un'eccellente capacità di trasferimento di elettroni, che conferisce loro eccellenti prestazioni catalitiche fotocatalitiche ed elettrochimiche. Yu et al. nanocompositi P25 TiO2 a punti quantici di carbonio preparati utilizzando un metodo idrotermale in una sola fase. I punti quantici di carbonio fungono da pool di stoccaggio degli elettroni e possono promuovere efficacemente la generazione catalitica di idrogeno di P25 TiO2 sotto irradiazione UV.
Rilevamento chimico
La bassa tossicità, biocompatibilità e fotostabilità dei punti quantici di carbonio possono essere utilizzate per rilevare molecole come ioni metallici, metalli e anioni.
Inchiostro fluorescente
I punti quantici di carbonio possono emettere una fluorescenza significativa sotto l'irradiazione della luce ultravioletta e avere una forte fotostabilità, rendendoli utilizzati come inchiostri fluorescenti. Gao et al. punti quantici di carbonio incolori stampati su ritagli di carta per inchiostro anticontraffazione e crittografia delle informazioni.
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