碳點(diǎn)（CDs）于2004年被首次報道，其可分為碳量子點(diǎn)（CQDs）、石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）、碳化聚合物點(diǎn)（CPDs）和碳納米點(diǎn)（CNDs）。CDs因其獨特的特性而引起了廣泛關(guān)注，如高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）、可調諧發(fā)射波長(cháng)、良好的生物相容性和抗光漂白穩定性。迄今為止，已有大量文獻報道了其在生物成像、傳感器分析、癌癥治療、催化劑等方面的應用。 

　　然而，碳點(diǎn)的實(shí)際熒光機制仍不清楚，這一問(wèn)題一直困擾著(zhù)研究人員并在一定程度上限制了碳點(diǎn)的發(fā)展。目前，已報道的各種熒光機制包括量子限域效應（QCE）、量子尺寸效應（QSE）、表面態(tài)、交聯(lián)增強發(fā)射效應（CEE）和分子態(tài)。 

　　近期，中科院醫工所董文飛團隊通過(guò)純化分離，詳細地研究了碳點(diǎn)的分子結構和發(fā)光行為，并提出了碳點(diǎn)的發(fā)光機制和形成機理。 

　　在本研究中，作者通過(guò)柱層析分離了鄰苯二胺碳點(diǎn)（o-pd CDs）并確認了兩種精確的分子熒光團結構，分別是2，3-二氨基吩嗪（DAP）和2-氨基-3-羥基吩嗪（AHP）。此外，作者還提取了兩種綠色化合物（G-CD1和G-CD2）和一種藍色化合物（B-CDs）。進(jìn)一步的實(shí)驗表明，DAP在o-pd CDs溶液中的熒光中占主導地位，質(zhì)量占比14.1%。此外，通過(guò)調整DAP濃度可以形成不同粒度尺寸的納米顆粒。令人驚訝的是，DAP、AHP、G-CDs和B-CDs展示了CPDs、無(wú)定形點(diǎn)、納米針、石墨片和網(wǎng)狀聚合物狀結構。 

　　因此，作者認為碳點(diǎn)是由DAP形成，其形成過(guò)程為：DAP最初聚集成為聚合物簇，隨后隨著(zhù)時(shí)間的增加逐漸碳化。當反應進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)，塌縮和芳構化過(guò)程為CDs提供了核殼狀形態(tài)。此外，考慮到這些組分具備高PLQY，作者成功制備了多色和白光發(fā)光二極管（W-LEDs），這表明碳點(diǎn)在LED行業(yè)具有很高的應用潛力。上述工作揭示了鄰苯二胺碳點(diǎn)的發(fā)光機制來(lái)源于小分子，確定了體系中是多分子態(tài)構成，為相似體系的碳點(diǎn)的制備提供了指導依據并拓展了碳點(diǎn)在LED行業(yè)中的潛在應用。 

　　最新研究成果以題為“Formation mechanism of carbon dots: From chemical structures to fluorescent behaviors”的論文，在國際碳材料領(lǐng)域頂級期刊Carbon上發(fā)表，博士生曹磊為第一作者，董文飛研究員與李力研究員為共同通訊作者。該研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、江蘇省自然科學(xué)基金等資助。 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.03.058 

圖1. 碳點(diǎn)的制備及分離純化示意圖

 圖2. 碳點(diǎn)的形成機理示意圖