Points quantiques(QD) font référence à des nanoparticules semi-conductrices d'une taille inférieure au rayon de Bohr de l'exciton et présentant des effets de confinement quantique. En raison de l’effet de confinement quantique, l’émission de fluorescence des points quantiques est liée à leur diamètre et à leur composition chimique. En les combinant avec des surfaces semi-conductrices, leurs propriétés optiques et photochimiques peuvent être améliorées. Les points quantiques traditionnels sont principalement composés d’éléments de métaux lourds. Bien que leurs excellentes performances aient été largement utilisées dans des domaines tels que l’imagerie biologique, l’électrochimie et la conversion d’énergie, les éléments métalliques lourds peuvent provoquer une pollution de l’environnement et affecter la santé des organismes.
Points quantiques de carbone (CQD)font généralement référence à des matériaux nanocarbonés sphériques monodispersés d'une taille inférieure à 10 nm, composés d'un noyau de carbone sp2/sp3 et de groupes fonctionnels externes oxygène/azote. Il présente d'excellentes performances similaires aux points quantiques semi-conducteurs traditionnels, mais peut surmonter efficacement les défauts de haute toxicité et de mauvaise biocompatibilité. Il dispose d’un large éventail de sources, est facile à synthétiser et à fonctionnaliser, ce qui en fait un matériau de substitution idéal aux points quantiques semi-conducteurs traditionnels.
Structure chimique
Les points quantiques de carbone sont généralement des particules sphériques d'un diamètre inférieur à 10 nm, composées d'amas de carbone sp2/sp3 avec des structures amorphes ou nanocristallines. La recherche a montré que la structure et les propriétés physicochimiques des points quantiques de carbone peuvent être modifiées de manière sélective en introduisant différents défauts de surface, en dopant avec des hétéroatomes et des groupes fonctionnels.
Propriétés optiques des points quantiques de carbone
Les points quantiques de carbone possèdent diverses excellentes propriétés optiques, telles que l'absorption optique, la photoluminescence, la chimiluminescence et l'électrochimiluminescence. Ces propriétés optiques constituent le fondement de l’application des points quantiques de carbone dans de multiples domaines.
Absorption optique
La transition π - π * de la liaison C=C permet aux points quantiques de carbone d'avoir une forte absorption optique dans la région ultraviolette et peut s'étendre jusqu'à la région de la lumière visible. Certains points quantiques de carbone subiront également des transitions n - π * au niveau de la liaison C=O. Le spectre d'absorption peut être ajusté en introduisant des groupes fonctionnels et une passivation de surface.
Photoluminescence
Les effets quantiques des points quantiques de carbone de différentes tailles sont provoqués par différents pièges d'émission sur la surface, et une passivation efficace de la surface est une condition nécessaire pour que les points quantiques de carbone aient une forte photoluminescence. Différentes passivation de surface peuvent permettre d'obtenir les performances de photoluminescence souhaitées. De plus, la photoluminescence des points quantiques de carbone dépend également du pH.
luminescence de conversion ascendante
La luminescence de conversion ascendante (UCPL) fait référence au phénomène optique dans lequel une substance absorbe simultanément deux photons ou plus, indiquant une longueur d'onde d'émission inférieure à la longueur d'onde d'excitation (émission anti-Stokes). La recherche suggère que la luminescence de conversion ascendante provient de la transition des orbitales π à haute énergie vers la relaxation électronique orbitale σ peut être provoquée par une fuite de la partie de diffraction secondaire du monochromateur dans un spectromètre à fluorescence.
Chimiluminescence
Les points quantiques de carbone présentent une chimiluminescence (CL) lorsqu'ils coexistent avec MnO4- ou Ce4+. On pense que la coïncidence du rayonnement provoqué par les électrons générés par la réduction chimique et les trous générés par l’excitation thermique est à l’origine de la chimiluminescence.
Electrochimiluminescence
Les points quantiques de carbone présentent des propriétés d'électrochimiluminescence (ECL). Sous l'action de la tension, le transfert d'électrons généré par l'état d'oxydoréduction des points quantiques de carbone s'annihile, formant un état excité, qui génère un signal d'électrochimiluminescence pendant le processus de relaxation de retour à l'état fondamental.
Performances des transferts électroniques
Les états excités et les phénomènes transitoires associés des points quantiques de carbone sont liés à l'émission de fluorescence et aux processus redox. Les performances du transfert d'électrons photoinduit (PET) constituent le fondement de la conversion d'énergie et des applications catalytiques des points quantiques de carbone. La recherche a montré que les performances de transfert d’électrons des points quantiques de carbone sont principalement influencées par le dopage des noyaux de carbone, des groupes fonctionnels et des hétéroatomes.
Performance biologique
Les points quantiques de carbone ont une biocompatibilité nettement supérieure à celle des autres nanomatériaux. La recherche a montré que la plupart des points quantiques de carbone pur et des points quantiques de carbone passivé en surface n’ont pas de cytotoxicité significative. Dans quelques cas, la passivation et la fonctionnalisation de surface peuvent conduire à une moindre toxicité biologique des points quantiques de carbone.
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