中科院光机所碳纳米点荧光复合材料应用再次取得成果

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近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员曲松楠课题组首次研制出基于碳纳米点的超稳定、强荧光复合材料，该工作利用静电诱导自组装过程，通过碳纳米点表面电荷逐步静电吸附离子并原位形成无机包覆层，实现具有超高稳定性、强发光的碳纳米点复合材料，在开发基于碳纳米点的光电器件领域具有重要的应用前景。

基于碳纳米点与硫酸钡的高效复合材料制备示意图

定义

碳纳米点通常为尺寸小于10nm、准球形的纳米粒子。在广义上可分为金刚石型（纳米金刚石）、石墨型（石墨烯纳米点）和聚合物型（荧光碳纳米颗粒），通常将聚合物型的称为碳纳米点。

成果

发光碳纳米点是近十年发展起来的一类重要发光材料。大量研究表明其具有良好的光稳定性、优异的发光性质、低廉的制备成本、良好的生物相容性等优势，引起国际上的广泛关注，其在生物成像、传感、催化、激光、光电器件及照明等领域具有潜在的应用。然而，碳纳米点在白光照明中的应用进展缓慢，主要问题是碳纳米点在固态时存在严重的聚集引起荧光淬灭问题，不能在固态照明器件中应用。

针对这一难题，课题组采取碳纳米点表面逐步静电吸附离子并原位形成无机包覆层的解决方案。利用碳纳米点表面电荷逐步静电吸附钡离子以及硫酸根离子，最终原位形成硫酸钡包覆碳纳米点的强荧光复合材料(荧光量子效率27%)。该复合材料能够在经过300°C处理后保持90%以上的荧光性质，并且在强酸、强碱及有机溶剂中保持稳定。基于这种优良的稳定性以及强荧光性质，该复合材料可以作为颜色转换层应用于发光二极管照明光源(LEDs)中，通过调节复合材料的比例可以实现不同色温的白光LEDs。

历程

2012

早在2012年，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制出一种基于碳纳米点的具有生物相容性的荧光墨水。审稿人对该工作给予高度评价，认为“以这种方法制备的荧光碳纳米点可以取代所有具有毒性的含重金属内核的量子点（CdS, PbSe），可以真正实现多种复杂的应用，特别是在环境和生物领域具有重要的应用价值”。

2014

在2014年，曲松楠副研究员及其科研团队在国际上首次提出超级碳纳米点的概念，并研制出基于超级碳纳米点的水触发“纳米荧光炸弹”。复合该“纳米荧光炸弹”的纸可以实现喷水荧光打印、指纹汗孔荧光采集等多种实际应用。

2016

再到2016年初，曲松楠研究员课题组研制出橙红光波段荧光量子效率高达46%的碳纳米点，为国际上最高值。