Page 86 - 化工安全生产与环保技术

第三章 生物质材料资源化利用

物质基 CDs，发射波长分别为位于 ~500nm 的绿光和 678nm 的红光，分析发现
它们分别来自聚氯乙烯二胺衍生的 CDs 和叶绿素衍生卟啉结构中 C=O 键和 C=N
键的 n →π* 电子跃迁。

与前两者不同，Srivastav 等从芒果叶中用乙醇提取没食子酸、芒果苷等有
机成分，采用微波法大规模、快速绿色合成粒径在 2~8nm 的红色荧光 CDs，通
过 FTIR 光谱和 XPS 分析表明，CDs 表面碳化过程中形成了大量含氧官能团，缺
陷密度增大，激子复合产生大量的红移辐射，因此 CDs 发出明亮的红色荧光。

Xiong 等选用含有大量碳水化合物、维生素和矿物质的柠檬汁和乙醇作为原料，
通过溶剂热法制备出平均粒径为 4.6nm、QY 高达 28% 的水溶性红光 CDs，多组
实验对比发现，随着乙醇含量的增加，PL 光谱从 518nm 红移到 616nm，同时氮
含量从 10.3% 增加到 12.4%，而粒径大小却没有变化，由此说明乙醇促进了 CDs

形成过程中氮的掺杂，在 CDs 表面形成较低能级的表面态，促进了荧光发射波
长的红移。基于以上实例，红色荧光生物质基 CDs 的制备与所选用生物质材料
中的成分、粒子尺寸和溶剂效应有很大关系，目前所得到的发红光的生物质 CDs
多是通过乙醇溶剂热碳源实现的，且 CDs 结构中存在荧光基团、较大的共轭效

应、较高的表面氧化度或杂原子掺杂。然而目前研究有限，需要更进一步大量的
研究总结红光发射的机理，这对以后其应用尤其是生物成像应用具有重要的指导
意义。
4. 多色荧光碳点

生物质材料作为碳源除可以制备单一发光 CDs 外，还可以通过改变反应条
件制备多色发光 CDs。如 Gupta 等以含有碳水化合物和多酚的菠萝为原料，通过
硫酸氧化制备蓝光 CDs，磷酸氧化不同时间制备绿光和黄光 CDs，三者的粒径分
别为 2.0nm，2.8nm，4.0nm，QY 分别为 18.0%、37.6% 和 44.7%。强酸的氧化过

程对 CDs 碳核尺寸和表面官能团进行调控，粒径变化改变 CDs 的有效共轭长度，
表面官能团改变 CDs 的表面氧化度，从而导致 CDs 发射波长红移和 QY 增强。
但酸性氧化试剂的过度使用会增加 CDs 的生物毒性，影响其后续应用。与前者
不同，Ding 等利用铂催化剂对富含大量硫化物的榴莲进行水热处理，糖类作为

形成 CDs 的主要碳源，同时通过晶格取代的方式在制备过程中控制 S 掺杂浓度，
CDs 表面 S 浓度的变化改变其表面的氧化度，不同的缺陷密度影响激子复合，
因此可得到多色发光的 CDs。此外，表面修饰同样是调控 CDs 发射波长的重要

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