碳量子的发展历史可以追溯到20世纪初,以下是一些重要的里程碑:
1. 1985年:Kroto、Curl和Smalley的发现。1985年,C60富勒烯分子的存在由Kroto、Curl和Smalley的团队首次报道。这个球状分子由60个碳原子组成,呈现出类似于足球的结构。他们的研究对于理解碳量子的潜力和独特性质产生了重大影响,并带来了诺贝尔化学奖的荣誉。
2. 1991年:碳纳米管的发现。在1991年,日本科学家伊吹浩一发现了碳纳米管的存在。碳纳米管是由碳原子以圆筒形排列而成的结构,具有出色的强度、导电性和导热性质,引起了广泛的兴趣,并成为碳量子研究的重要组成部分。
3. 2004年:石墨烯的发现。石墨烯是由单层碳原子组成的二维薄膜,其发现和研究为安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫赢得了2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯具有出色的电子输运性质和机械强度,被认为是一个重要的碳量子材料。
4. 2010年至今:碳量子的多样化应用。随着碳量子研究的不断发展,人们开始探索碳量子在众多领域中的应用。这些应用包括传感器技术、光电子器件、催化剂、生物医学领域等。同时,还有更多新型碳量子结构的发现,如碳纳米带、碳量子点等。
总的来说,碳量子的发展历史经历了从C60富勒烯到碳纳米管和石墨烯的重要发现,并逐渐延伸到更多不同形态的碳量子研究和应用。随着技术的不断进步,碳量子有望在许多领域中发挥重要作用,并有望推动进一步的科学研究和创新。
因为碳量子点表现出来的优越性能,所以受到了人们广泛的关注。自从 1985年英国化学家和美国科学家共同研制出全部由碳组成的中空分子,称之为富勒烯。接着 2004 年 Xu等人在用电弧法合成碳纳米管时,首次观察到了发光的碳纳米粒子,即 CQDs,从而发现了其优越的光学特性。2006 年 Lu 等人利用激光刻蚀法也制得了碳量子点。2007 年,人们以蜡烛在燃烧过程中释放出的烟灰制备出尺寸小于 2 nm 的具有不同颜色的碳量子点。同年,通过使用电化学氧化法制备出多壁纳米碳管的蓝色碳量子点。近年来,由于碳量子点的优越性能和其制备方法简易,越来越多的人们进行了深入的探究。
碳量子点是一种类球形结构的荧光纳米材料,由粒径小于 10 nm 的碳质骨架和表面基团构成。碳量子点的组成和结构展现出了其性质的多样性。碳量子点有着很好的荧光特性,并且荧光特性极其稳定。碳量子点的荧光强度和发射位置并不会因为激发波长的变化而变化,原因是可能由碳量子点具有不同的表面发光位点或者是不同粒径的碳量子点尺寸效应。另外一个比较明显的特征是在紫外光区有着较强的吸收峰,并且延伸到可见光区域,一般吸收峰带集中在 260~320nm,具体表现出荧光最大发射波长、激发波长依赖等特性。碳量子点同时还具有上转换发光的性质,在长波长激发光的激发下,体系发出短波长光子的现象。Jia 等人使用一步法合成了具有上转换发光性质的 CQDs,并发现其上转换荧光性质可能是吸收两个或多个光子。