近日，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所曲松楠研究員課題組首次研制出可見(jiàn)區(qū)全譜段熒光碳納米點(diǎn)，并提出一種新的方便快捷的復(fù)合方法制備出具有高熒光量子效率的全譜段熒光碳納米點(diǎn)及其復(fù)合熒光粉，該工作對(duì)于研究碳納米點(diǎn)的發(fā)光機(jī)理以及推動(dòng)碳納米點(diǎn)在照明器件領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。該成果發(fā)表在國(guó)際期刊《Advanced Optical Materials》（SCI影響因子6.8）上（Adv. Opt. Mater., DOI: 10.1002/adom.201700416），第一作者為田震在讀博士生，通訊作者是曲松楠研究員。

圖1. （a）全譜段多色碳點(diǎn)在日光（上）和紫外光（下）照射下的對(duì)比，（b）對(duì)應(yīng)的360 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。

發(fā)光碳納米點(diǎn)是近十年興起的新型納米發(fā)光材料，由于其無(wú)毒、發(fā)光性能好、生物相容性好、原料廣泛等優(yōu)點(diǎn)，引起國(guó)際上的廣泛關(guān)注，其在生物成像、傳感、催化、激光、光電器件及照明等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。然而，該領(lǐng)域發(fā)展仍面臨著兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是缺少調(diào)控碳納米點(diǎn)發(fā)光帶隙的手方法，另一個(gè)是碳納米點(diǎn)在固態(tài)時(shí)存在嚴(yán)重的聚集誘導(dǎo)熒光淬滅。這兩個(gè)問(wèn)題阻礙了碳納米點(diǎn)在固態(tài)照明領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用。

圖2. 微波輔助法制備碳納米點(diǎn)與硅酸鈉復(fù)合材料示意圖

針對(duì)該難題，曲松楠課題組通過(guò)溶劑調(diào)節(jié)原料檸檬酸和尿素的脫水碳化程度，進(jìn)而調(diào)節(jié)所制備碳納米點(diǎn)的尺寸，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米點(diǎn)發(fā)光帶隙的調(diào)控，制備出從藍(lán)到紅的發(fā)光納米碳點(diǎn)。為了克服碳納米點(diǎn)在固態(tài)下的團(tuán)聚，該課題組首次使用水玻璃（硅酸鈉水溶液）作為基質(zhì)材料，通過(guò)微波輔助快速加熱并實(shí)現(xiàn)固化，克服了碳納米點(diǎn)固態(tài)下聚集誘導(dǎo)熒光淬滅的問(wèn)題，成功制備出熒光發(fā)射從藍(lán)到紅的碳納米點(diǎn)復(fù)合材料熒光粉（熒光量子效率在30%以上），并以此實(shí)現(xiàn)基于碳納米點(diǎn)的多色LED以及白光LED照明器件。所制備的碳納米點(diǎn)白光LED顯色指數(shù)達(dá)到82.4。該工作的意義在于提出了一種系統(tǒng)地調(diào)控碳納米點(diǎn)發(fā)光帶隙的方法，以及一種實(shí)現(xiàn)碳納米點(diǎn)固態(tài)高效發(fā)光的新方法，將推動(dòng)碳納米點(diǎn)在生物成像及固態(tài)照明器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。

該工作得到了國(guó)家青年基金、中科院卓越青年科學(xué)家項(xiàng)目、中科院青促會(huì)、吉林省中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重大創(chuàng)新項(xiàng)目的支持。

圖3. （a）基于碳納米點(diǎn)的多色LED及白光LED，（b）制備的白光LED工作下的發(fā)射光譜及制備示意圖，實(shí)物在碳納米點(diǎn)基白光LED照明光源下（c）和日光下（e）效果對(duì)比，（d）圖（c）使用的碳納米點(diǎn)基白光LED陣列及其相關(guān)參數(shù)。