固态发光碳点的发光机理、 合成与应用研究进展

潘卓涵, 艾琳, 卢思宇

PDF(4226 KB)
PDF(4226 KB)
高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6) : 1-15. DOI: 10.7503/cjcu20250081
综合评述

固态发光碳点的发光机理、 合成与应用研究进展

作者信息 +

Research Progress on the Mechanism, Synthesis and Application of Solid-state Luminescent Carbon Dots

Author information +
History +

摘要

碳点(CDs)作为一种光学性能优异的零维碳纳米材料, 在光电器件及生物成像等领域得到了广泛的应用. 然而, 固态CDs由于聚集造成的共振能量转移和π-π堆积会导致固态发光猝灭, 极大阻碍了其在荧光粉或固态照明等方面的应用. 因此, 研究人员探索了多种获得固态发光CDs的方式. 本文综合评述了CDs固态发光的机理和现阶段常用的合成策略, 介绍了固态发光CDs最新的应用领域,最后指出了制备固态发光CDs面临的困难和挑战.

Abstract

As a 0-dimensional carbon nanomaterial with excellent optical properties, carbon dots(CDs) has been widely used in optoelectronic devices, biological imaging and other fields. However, due to the resonance energy transfer and π-π accumulation caused by the aggregation of solid CDs, the solid emission quenching has greatly hindered its application as phosphors. So the researchers explored a variety of ways to obtain solid-state luminescent CDs. In this paper, the mechanism, classification and research progress of solid-state luminescence CDs are reviewed, and the latest application fields of solid-state luminescence CDs are introduced. Finally, the difficulties and future challenges in the preparation of solid-state luminescent CDs are presented.

关键词

碳点 / 固态发光 / 荧光 / 余辉

Key words

Carbon dots / Solid state luminescence / Fluorescence / Afterglow

中图分类号

O632

引用本文

导出引用
潘卓涵 , 艾琳 , 卢思宇. 固态发光碳点的发光机理、 合成与应用研究进展. 高等学校化学学报. 2025, 46(6): 1-15 https://doi.org/10.7503/cjcu20250081
PAN Zhuohan, AI Lin, LU Siyu. Research Progress on the Mechanism, Synthesis and Application of Solid-state Luminescent Carbon Dots[J]. Chemical Journal of Chinese Universities. 2025, 46(6): 1-15 https://doi.org/10.7503/cjcu20250081

参考文献

1
Xu X., Ray R., Gu Y., Ploehn H. J., Gearheart L., Raker K., Scrivens W. A., J. Am. Chem. Soc.2004126, 12736—12737
2
Wang B., Lu S., Matter20225, 110—149
3
Wang B., Cai H., Waterhouse G. I. N., Qu X., Yang B., Lu S., Small. Sci.20222, 2200012
4
Shi Y., Su W., Yuan F., Yuan T., Song X., Han Y., Wei S., Zhang Y., Li Y., Li X., Fan L., Adv. Mater.202335, 2210699
5
Zhang Y., Song H., Wang L., Yu J., Wang B., Hu Y., Zang S., Yang B., Lu S., Angew. Chem. Int. Ed.202160, 25514—25521
6
Liu H., Zhong X., Pan Q., Zhang Y., Deng W., Zou G., Hou H., Ji X., Coord. Chem. Rev.2024498, 215468
7
Sun Y., Zhou B., Lin Y., Wang W., Fernando K. A. S., Pathak P., Meziani M. J., Harruff B. A., Wang X., Wang H., Luo P. G., Yang H., Kose M. E., Chen B., Veca L. M., Xie S., J. Am. Chem. Soc.2006128, 7756—7757
8
Zhou J., Booker C., Li R., Zhou X., Sham T., Sun X., Ding Z., J. Am. Chem. Soc.2007129, 744—745
9
Yao X., Lewis R. E., Haynes C. L., Acc. Chem. Res.202255, 3312—3321
10
Wang H., Wang B., Bai J., Lu S., J. Mater. Chem. A.202412, 22417—22441
11
Wang B., Wei Z., Sui L., Yu J., Zhang B., Wang X., Feng S., Song H., Yong X., Tian Y., Yang B., Lu S., Light Sci. Appl.202211, 172
12
Shi L., Wang B., Lu S., Matter20236, 728—760
13
Zhu S., Song Y., Zhao X., Shao J., Zhang J., Yang B., Nano Res.20158, 355—381
14
Wang Y., Li X., Zhao S., Wang B., Song X., Xiao J., Lan M., Coord. Chem. Rev.2022470, 214703
15
Xian Y., Li K., Adv. Mater.202234, 2201031
16
Hu G., Wang Y., Zhang S., Ding H., Zhou Z., Wei J., Li X., Xiong H., Carbon2023203, 1—10
17
Liu Z., Zou H., Wang N., Yang T., Peng Z., Wang J., Li N., Huang C., Sci. Chi. Chem.201861, 490—496
18
Bao L., Liu C., Zhang Z., Pang D., Adv. Mater.201527, 1663—1667
19
Liu T., Yin G., Song Z., Yu J., Yong X., Zhang B., Ai L., Lu S., ACS Mater. Lett.20235, 846—853
20
Yang S., Sun J., Li X., Zhou W., Wang Z., He P., Ding G., Xie X., Kang Z., Jiang M., J. Mater. Chem. A.20142, 8660—8667
21
Zhao Q., Wang X., Song Q., Zang Z., Fan C., Li L., Yu X., Lu Z., Zhang X., J. Mater. Chem. C202311, 14439—14447
22
Shan F., Zhang J., Liao C., Wang Z., Wang L., Chin. Chem. Lett.202334, 108107
23
He C., Xu P., Zhang X., Long W., Carbon2022186, 91—127
24
Li R., Tao S., Liu J., Han X., Xia C., Yang B., Small Struct.20246, 2400447
25
Zheng M., Jia H., Zhao B., Zhang C., Dang Q., Ma H., Xu K., Tan Z., Small202319, 2206715
26
Zheng C., Tao S., Yang B., Small Struct.20234, 2200327
27
Tao S., Zhou C., Kang C., Zhu S., Feng T., Zhang S., Ding Z., Zheng C., Xia C., Yang B., Light Sci. Appl.202211, 56
28
Wang B., Sun Z., Yu J., Waterhouse G. I. N., Lu S., Yang B., SmartMat20223, 337—348
29
Luo J., Xie Z., Lam J. W. Y., Cheng L., Chen H., Qiu C., Kwok H. S., Zhan X., Liu Y., Zhu D., Tang B. Z., Chem. Commu., 2001, 1740—1741
30
Wang X., Wan R., Tang Y., Sun S., Chen H., Li L., Chen J., Wei J., Chi Z., Li H., Coord. Chem. Rev.2025531, 216520
31
Hu R., Leung N. L. C., Tang B., Chem. Soc. Rev.201443, 4494—4562
32
Wang H., Zhao E., Lam J. W. Y., Tang B., Mater. Today201518, 365—377
33
Ding L., Jin X., Gao Y., Wu J., Ai T., Zhou H., Chen X., Zhang X., Chen W., Adv. Opt. Mater.202311, 2202349
34
Wang Y., Zhou S., Pan S., Sun X., Zhou J., Li H., Adv. Opt. Mater.202412, 2301486
35
Ding L., Jin X., Gao Y., Kang S., Bai H., Ma X., Ai T., Zhou H., Chen W., Adv. Sci.202411, 2409345
36
Ding L., Jin X., Gao Y., Kang S., Bai H., Ma X., Ai T., Zhou H., Chen W., Nano Res.202417, 5680—5687
37
Yang C., Hu J., Tan W., Si J., Hou X., Adv. Opt. Mater.202513, 2402638
38
Yang H., Liu Y., Guo Z., Lei B., Zhuang J., Zhang X., Liu Z., Hu C., Nat. Commun.201910, 1789
39
Wan Z., Li Y., Zhou Y., Peng D., Zhang X., Zhuang J., Lei B., Liu Y., Hu C., Adv. Funct. Mater.202333, 2207296
40
Ding H., Zhao R., Zhang Z., Yang J., Wang Z., Xiao L., Li X., He X., Xiong H., Chem. Eng. J.2023476, 146405
41
Dos Santos J. M., Hall D., Basumatary B., Bryden M., Chen D., Choudhary P., Comerford T., Crovini E., Danos A., de J., Diesing S., Fatahi M., Griffin M., Gupta A. K., Hafeez H., Hämmerling L., Hanover E., Haug J., Heil T., Karthik D., Kumar S., Lee O., Li H., Lucas F., Mackenzie C. F. R., Mariko A., Matulaitis T., Millward F., Olivier Y., Qi Q., Samuel I. D. W., Sharma N., Si C., Spierling L., Sudhakar P., Sun D., Tankelevičiu̅tė E., Duarte Tonet M., Wang J., Wang T., Wu S., Xu Y., Zhang L., Zysman⁃Colman E., Chem. Rev., 2024124, 13736—14110
42
Wang Z., Jiang N., Liu M., Zhang R., Huang F., Chen D., Small202117, 2104551
43
Wang L., Wang X., Zhao H., Adv. Funct. Mater.2025, 10.1002/adfm.202423422
44
Wang L., Liu G., Wang M., Song Y., Jing Q., Zhao H., Small202420, 2401812
45
Li J., Zheng S., Zhao X., Vomiero A., Gong X., Nano Energy2025134, 110514
46
Wang Z., Yan L., Hao Y., Zheng J., Yang Y., Liu X., Chin. Chem. Lett.202435, 109430
47
Zhao Y., He B., Liu E., Li J., Wang L., Chen S., Chen Y., Tan Z. A., Ng K. W., Wang S., Tang Z., Qu S., J. Phys. Chem. Lett.202112, 4530—4536
48
Xu B., Li J., Zhang J., Ning H., Fang X., Shen J., Zhou H., Jiang T., Gao Z., Meng X., Wang Z., Adv. Sci.202310, 2205788
49
Ding H., Xu J., Jiang L., Dong C., Meng Q., Rehman S. U., Wang J., Ge Z., Osipov V. Y., Bi H., Chin. Chem. Lett.202132, 3646—3651
50
Ai L., Song Z., Nie M., Yu J., Liu F., Song H., Zhang B., Waterhouse G. I. N., Lu S., Angew. Chem. Int. Ed.202362, 202217822
51
Shi H., Niu Z., Wang H., Ye W., Xi K., Huang X., Wang H., Liu Y., Lin H., Shi H., An Z., Chem. Sci.202213, 4406—4412
52
You M., Li C., Zhang Z., Zhang Y., Li W., Zhang X., Zhuang J., Hu C., Dong H., Liu Y., Lei B., Zheng M., Chem. Eng. J.2025505, 159246
53
Luo Y., Jiang Q., Liu J., Huang F., Liao X., Zhuang J., Hu C., Zheng M., Lei B., Liu Y., He J., Chem. Eng. J.2024500, 156781
54
Ding Z., Shen C., Han J., Zheng G., Ni Q., Song R., Liu K., Zang J., Dong L., Lou Q., Shan C. X., Small202319, 2205916
55
Ai L., Xiang W., Xiao J., Liu H., Yu J., Zhang L., Wu X., Qu X., Lu S., Adv. Mater.202436, 2401220
56
Zhu J., Li C., Zhu Y., Hu J., Nan Y., Chen X., Liu K., Wang H., Shan C., Xu W., Lou Q., Nano Lett.202424, 13307—13314
57
Ahmed N., Abbas A., Qamar T. H., Hassan S. U., Jamali S. B., Deng L., J. Alloys Compd.20251013, 178586
58
Liu Z., Meng L., Jiang Y., Li C., Gu H., Zhao K., Zhang J., Meng H., Ren Y., J. Am. Chem. Soc.2025147, 3650—3661
59
Zhang B., Li C., Wang H., Fang H., Feng R., Yu M., Li W., Chang Z., Bu X., Angew. Chem. Int. Ed.2025, 10.1002/anie.202424593
60
Zhao Q., Fan C., Bu H., Gao J., Li L., Yu X., Yang X., Lu Z., Zhang X., Chem. Eng. J.2024500, 156704
61
Park M., Kim H. S., Yoon H., Kim J., Lee S., Yoo S., Jeon S., Adv. Mater.202032, 2000936
62
Xin M., Chen X., Zhang L., Yang H., Guo D., Hu Y., Small202521, 2407170
63
Sun X., He W., Liu B., J. Phys. Chem. C.2022126, 3540—3548
64
Zhang Y., Liu Y., Ren X., Kang Y., Ding S., Lu S., Angew. Chem. Int. Ed.202564, e202421421
65
Liu Y., Cheng D., Wang B., Yang J., Hao Y., Tan J., Li Q., Qu S., Adv. Mater.202436, 2403775
66
Wang J., Zheng J., Yang Y., Liu X., Qiu J., Tian Y., Carbon2022190, 22—31
67
Wang B., Wang H., Zhang B., Hu Y., Lu S., Adv. Funct. Mater.202434, 2404437
68
Jiang K., Wang Y., Lin C., Zheng L., Du J., Zhuang Y., Xie R., Li Z., Lin H., Light Sci. Appl.202211, 80
69
Xu J., Liang Q., Li Z., Osipov V. Y., Lin Y., Ge B., Xu Q., Zhu J., Bi H., Adv. Mater.202234, 2200011
70
Weber W. H., Lambe J., Appl. Opt., 197615, 2299—2300
71
Wu J., Li Y., Qin H., Gao Y., Yang B., Sheng J., Zhang X., Chem. Res. Chin.ese Universities202440(1), 145—152
72
Kou X., Cong Y., Dong W., Li L., Mater. Des., 2024240, 112855
73
Zheng G., Shen C., Niu C., Lou Q., Jiang T., Li P., Shi X., Song R., Deng Y., Lv C., Liu K., Zang J., Cheng Z., Dong L., Shan C., Nat. Commun.202415, 2365
74
Song S., Liu K., Cao Q., Mao X., Zhao W., Wang Y., Liang Y., Zang J., Lou Q., Dong L., Shan C., Light Sci. Appl.202211, 146
75
Geng B., Hu J., Li Y., Feng S., Pan D., Feng L, Shen L., Nat. Commun.202213, 5735

评论

PDF(4226 KB)

Accesses

Citation

Detail

段落导航
相关文章

/