の合成カーボン量子ドット
炭素量子ドットの合成は、主にトップダウン法とボトムアップ法の2つに分けられます。前処理、準備、およびその後の処理を通じて、カーボン量子ドットのサイズを制御し、表面を不動態化し、ヘテロ原子をドープし、要件を満たすナノコンポジットを作成できます。
トップダウンアプローチ
トップダウン方式：レーザーアブレーション方式、電気化学方式、アーク放電方式。
アーク放電
Xu博士は、炭素源として炭素灰を使用し、アーク放電法を用いて青と黄色の蛍光カーボンナノ粒子を合成した。ボッティーニら。単層カーボンナノチューブを炭素源として使用して、黄緑色蛍光炭素量子ドットを合成しました。サンら。光電変換に使用できるナノコンポジットの粒径が10nm未満のカーボン量子ドットを作製した。
アーク放電法は、収率が比較的低く、精製が複雑で、生成物の収集が難しく、酸素含有量が高く、表面改質を必要としません。その発光メカニズムはカーボンナノチューブの発光メカニズムと類似している可能性があります。
レーザーアブレーション法
サン博士は、レーザーアブレーションによって炭素をターゲットとして使用し、蛍光炭素量子ドットを調製しました。
胡博士は、レーザーアブレーション法を使用して表面機能化を同時に行う炭素量子ドットをワンステップで合成しました。
レーザーアブレーション法では、蛍光カーボン量子ドットを生成するために、高価な機器と表面状態を変化させる有機溶媒の添加が必要です。
電気化学的方法
電気化学的酸化法とは、電気化学的方法を用いて炭素源Ｗを酸化して炭素量子ドットを製造する方法をいう。周ら。は、多層カーボンナノチューブ (MwCNT) の電気化学的酸化によってカーボン量子ドットを取得しました。
電気化学的手法は、材料コストが低い、温和な条件、後処理が簡単であるなど、表面構造解析や発光機構の研究において独自の利点を持っています。
ボトムアップアプローチ
ボトムアップ法：有機炭化法、マイクロ波法、水熱法、燃焼法、超音波処理法など
有機炭化法
有機炭化法：有機前駆体を炭化することで蛍光を発する炭素量子ドットが得られ、表面修飾を施した水溶性・油溶性の炭素量子ドットが作製できます。有機炭化法は加熱炭化法と酸脱水炭化法に大別されます。この方法では、異なる炭化前駆体または異なる表面コーティング剤を選択することで、炭素量子ドットの性能を変えることができます。
マイクロ波法
マイクロ波とは、300 MHz ～ 300 GHz の波長周波数を持つ電磁波を指します。マイクロ波の特徴は、エネルギーの集中性、均一性、高効率、短い反応時間です。スクロース、酸化グラファイト（GO）、グルコース、キトサン、ポリエチレングリコール、ジメチルホルムアミド（DMF）などのさまざまな炭素源を選択して、対応する炭素量子ドットを調製できます。
水熱法
高温高圧条件下で水を溶媒として使用し、反応器内で物質を合成します。その伸長方法は有機溶媒を用いたソルボサーマル法です。水熱調製プロセスは比較的単純で、制御も容易です。密閉空間内で同時に反応させることで有機物の揮発を防ぐことができます。生成されるカーボン量子ドットの特性は、使用する溶媒によって異なります。
燃焼方式
燃焼法による炭素量子ドットの製造プロセスは操作が簡単で、必要な設備が少なく、高い再現性がありますが、製品の粒度分布を制御するのは困難です。
超音波治療法
リー博士は過酸化水素水に活性炭を加えて黒色の懸濁液を形成しました。室温で超音波処理によって希釈された懸濁液は、セルロース膜を使用して真空透析され、非蛍光物質が除去されます。濾過後に得られる官能化カーボンナノ粒子（FCNP）。炭素量子ドットを調製するための超音波処理方法は、必要な設備が少なく、操作が簡単で、コストが低く、収率が高く、エネルギー消費が少ない。
応用や機構研究のためには、炭素量子ドットのサイズを制御する必要があります。現在、一般的な方法はナノリアクターで炭素量子ドットを調製することです。有機出発材料は毛細管力によって多孔質ナノリアクターに吸収され、有機出発材料はナノリアクター内で分解されてナノリアクターが除去され、炭素量子ドットが得られます。
表面不動態化と機能化
表面不動態化のないカーボン量子ドットの量子効率は、通常、非常に低くなります。特定のアプリケーションのニーズを満たすために、共有結合、配位、π - π 相互作用、ゾルゲル相互作用などの方法を通じて炭素量子ドットを不動態化し、機能化します。炭素量子ドットを機能化すると、その光学的特性と物理化学的特性の両方を改善できます。
ヘテロ原子ドーピング
ヘテロ原子のドーピングは、物質の発光を制御するために一般的に使用されます。一般的なヘテロ原子には、窒素 (N)、硫黄 (S)、リン (P)、シリコン (Si) などが含まれます。窒素 (N) のドーピングによりフォトルミネッセンスが大幅に強化され、発光強度は窒素含有量に関係します。シリコン (Si) ドープされたカーボン量子ドットは、H2O2 に対して特異的な応答を示すことがあります。
カーボン量子ドットの複合体
カーボン量子ドット複合材料は、その蛍光特性と無機ナノ粒子の電気的、磁気的、光学的およびその他の特性を組み合わせて、さまざまな応用分野のニーズを満たすことができます。複合材料はその性質により、貴金属複合材料（Agなど）と半導体複合材料（TiO2、Fe2O3、Cu2Oなど）の2種類に分けられます。
炭素量子ドットの応用
カーボン量子ドットは、強い光ルミネッセンス、強い電子伝達能力、良好な生体適合性など多くの優れた特性を有しており、生物学、医学、化学工学、エレクトロニクスなどの分野で潜在的な応用価値が非常に高い。
バイオイメージング
炭素量子ドットの強い発光と優れた生物学的低毒性は、半導体量子ドットや有機色素の代替として使用できます。従来の細胞マーカーと比較して、その最大の利点は多色発光であり、研究者にとって、さまざまなイメージングのニーズに応じて励起波長と発光波長を制御および選択するのに有益です。研究の深化に伴い、炭素量子ドットの選択的細胞ターゲティングは、将来的には生物学的イメージングの分野で幅広い応用の見通しを持っています。
病気の治療
炭素量子ドットは、特定の腫瘍に対して光増感剤として機能し、特定の領域にクラスター化された炭素量子ドットは、特定の波長の照射を通じてがん細胞の増殖を阻害します。研究者はまた、薬物や遺伝子の送達プロセスを監視するためのナノキャリアおよびトラッカーとしても使用しています。カーボン量子ドットの蛍光信号をモニタリングすることで薬物の送達効果を推測し、薬物の注入方法や投与量を最適化することができます。
発光材料
カーボン量子ドットはその優れた光電子特性により、光電変換に使用できます。ミルチェフら。炭素量子ドット増感二酸化チタン太陽電池を作製した。
光触媒の応用
カーボン量子ドットの表面には豊富な官能基と優れた電子伝達能があり、優れた光触媒・電気化学触媒性能を発揮します。ユウら。ワンステップ水熱法を使用してカーボン量子ドット P25 TiO2 ナノ複合材料を調製しました。カーボン量子ドットは電子貯蔵プールとして機能し、UV 照射下で P25 TiO2 の触媒水素生成を効果的に促進できます。
化学センシング
炭素量子ドットの低毒性、生体適合性、光安定性を利用して、金属イオン、金属、陰イオンなどの分子を検出できます。
蛍光インク
カーボン量子ドットは紫外線照射下で顕著な蛍光を発し、強い光安定性を有するため、蛍光インクとして使用されます。ガオら。偽造防止インクと情報暗号化のために、Paper Cuttings に無色のカーボン量子ドットを印刷しました。
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