近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)制備、性質(zhì)及應(yīng)用研究進(jìn)展目錄一、文檔簡(jiǎn)述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.1近紅外碳點(diǎn)的研究背景與意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.2近紅外碳點(diǎn)的發(fā)展歷程概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41.3本文研究?jī)?nèi)容與框架．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7二、近紅外碳點(diǎn)的制備方法探究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.1自上而下法制備策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.1.1電化學(xué)剝離法合成工藝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142.1.2液相剝離法技術(shù)優(yōu)化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．182.1.3其他物理剝離途徑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．192.2自下而上法制備策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．202.2.1熱解/碳化法反應(yīng)條件調(diào)控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．232.2.2水熱/溶劑熱法合成參數(shù)優(yōu)化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．242.2.3微波輔助合成法效率提升．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．282.3其他創(chuàng)新制備路徑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．332.3.1微生物合成法進(jìn)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．342.3.2酶催化合成法探索．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38三、近紅外碳點(diǎn)的物化特性表征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．413.1光學(xué)性能分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．423.1.1近紅外吸收光譜特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．463.1.2近紅外熒光發(fā)射行為．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．493.1.3熒光量子產(chǎn)率測(cè)定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．503.2結(jié)構(gòu)與形貌特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．513.2.1微觀形貌觀測(cè)技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．543.2.2表面化學(xué)基團(tuán)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．553.2.3晶態(tài)/非晶態(tài)結(jié)構(gòu)鑒定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．573.3穩(wěn)定性與分散性評(píng)估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．603.3.1生理環(huán)境下的穩(wěn)定性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．613.3.2團(tuán)聚行為與分散調(diào)控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63四、近紅外碳點(diǎn)的性能調(diào)控機(jī)制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．694.1發(fā)射波長(zhǎng)調(diào)控策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．724.1.1尺寸效應(yīng)與能級(jí)調(diào)控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．744.1.2表面態(tài)修飾與能帶工程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．764.1.3摻雜原子對(duì)發(fā)光性能的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．774.2光學(xué)增強(qiáng)方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．784.2.1表面鈍化技術(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．814.2.2共軛結(jié)構(gòu)構(gòu)建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．824.3功能化修飾途徑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．844.3.1親水性/疏水性調(diào)控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．864.3.2生物相容性改善．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．88五、近紅外碳點(diǎn)在多領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．925.1生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．935.1.1生物成像與腫瘤示蹤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．975.1.2藥物遞送與靶向治療．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．985.1.3光熱/光動(dòng)力治療探索．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1005.2光電器件領(lǐng)域應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1015.2.1光電探測(cè)器性能優(yōu)化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1035.2.2太陽能電池敏化作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1045.2.3發(fā)光二極管器件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1065.3環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1085.3.1重金屬離子檢測(cè)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1115.3.2有機(jī)污染物識(shí)別．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1125.3.3氣體傳感與分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．116六、總結(jié)與展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1216.1近紅外碳點(diǎn)研究現(xiàn)狀總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1246.2當(dāng)前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1276.3未來發(fā)展方向與機(jī)遇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．130一、文檔簡(jiǎn)述制備方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)代表性文獻(xiàn)水熱法易操作、成本低、產(chǎn)物純度高反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、能耗較高溶劑熱法反應(yīng)條件溫和、可控性好對(duì)溶劑要求較高、成本較高微波輻射法反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高設(shè)備成本較高、需要微波反應(yīng)器通過上述簡(jiǎn)述，本文旨在全面、系統(tǒng)地介紹NLRCDs的研究進(jìn)展，為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供參考和借鑒。1.1近紅外碳點(diǎn)的研究背景與意義近紅外量子點(diǎn)自提出以來在生物醫(yī)學(xué)成像中展現(xiàn)出巨大潛力[97，98]，主要是因?yàn)槠渚邆浒l(fā)光亮度高、量子產(chǎn)率高、單色性好以及寬激發(fā)范圍等優(yōu)點(diǎn)，可在活體上長(zhǎng)距離生物成像。目前已出現(xiàn)了許多近紅外量子點(diǎn)技術(shù)和應(yīng)用研究，并取得一定進(jìn)展[55,57,/DUO/183,193,202,225],0。近紅外碳點(diǎn)的研究背景可以從以下幾個(gè)方面村民盤底_typicallyresidesinruralareaswithlowincomeandliteracy?”它指出了光學(xué)增益效應(yīng)和自發(fā)輻射效應(yīng)呈指數(shù)與光的粒徑四位的關(guān)系?；诖?我們以表格中不同波段的碳點(diǎn)為參照,發(fā)現(xiàn)808nm,813nm,820nm,830nm和862nm的碳點(diǎn)表現(xiàn)出最理想的信號(hào)信噪比,能夠提供更強(qiáng)的發(fā)光信號(hào)。在同類材料上,對(duì)700nm~900nm等碳點(diǎn)的發(fā)光物進(jìn)行引用也可以得到類似的信息。另外,基于此,我們具體從發(fā)光波段以及相關(guān)物理特性等方面,對(duì)各類碳點(diǎn)的發(fā)光機(jī)制作了必要的綜述說明。本文下內(nèi)容給出了各類石墨烯、碳點(diǎn)發(fā)明專利數(shù)量趨勢(shì)對(duì)比。各類材料加權(quán)發(fā)明專利數(shù)量族群的演化從2014—2018年期間較為平穩(wěn),呈現(xiàn)凸波浪式增加也不夠明顯,并且從各種粒子的數(shù)量指標(biāo)上看較為統(tǒng)一后同期。綜合來說上述各類近紅外輻射納米材料,都能發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行輔助成像、積極參與等多方面的診治。通過對(duì)上述各類納米材料開展圍繞它的發(fā)光時(shí)間穩(wěn)定性、地光發(fā)射再現(xiàn)性、產(chǎn)生式持續(xù)性和戰(zhàn)斗力等方面詳細(xì)內(nèi)容研究與應(yīng)用,可以找到最為實(shí)際有效的綜合性治療策略。1.2近紅外碳點(diǎn)的發(fā)展歷程概述近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)（Near-InfraredRegionAbsorbingandLuminescentCarbonDots,NIR-CDs）作為碳點(diǎn)家族中一種重要的功能性成員，自其概念被提出以來，便以其獨(dú)特的光學(xué)特性在生物成像、光熱治療、熒光猝滅傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，并迅速成為研究熱點(diǎn)。其發(fā)展歷程大致可劃分為以下幾個(gè)關(guān)鍵階段：（1）萌芽與探索期（約2010-2013年）：此階段，碳點(diǎn)作為新型綠色熒光納米材料的概念剛剛興起。研究者們主要致力于傳統(tǒng)碳點(diǎn)（通常在紫外或可見光區(qū)域發(fā)光）的制備方法探索與性能優(yōu)化，如通過水熱法、溶劑熱法、激光消解法等多種手段從生物質(zhì)、廢舊塑料等富碳材料中制備碳點(diǎn)。雖然此時(shí)已注意到某些碳點(diǎn)在近紅外區(qū)域表現(xiàn)出較弱的發(fā)光特性，但尚未形成系統(tǒng)的認(rèn)知和研究。近紅外碳點(diǎn)的概念尚未明確形成，相關(guān)研究處于分散的探索階段，更多的是作為普通碳點(diǎn)研究中偶然發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象被記錄。（2）概念確立與性能提升期（約2014-2018年）：隨著研究的深入，特別是對(duì)碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)關(guān)系的深入理解，研究者們有意識(shí)地開始探索制備具有紅光甚至近紅外發(fā)光特性的碳點(diǎn)。這一時(shí)期的關(guān)鍵突破在于：結(jié)構(gòu)調(diào)控意識(shí)的增強(qiáng)：認(rèn)識(shí)到碳點(diǎn)的發(fā)光波長(zhǎng)與其微觀結(jié)構(gòu)（如粒徑、表面官能團(tuán)種類與密度、缺陷態(tài)等）密切相關(guān)。制備方法的改進(jìn)：不斷優(yōu)化傳統(tǒng)合成方法，通過調(diào)整前驅(qū)體類型（如引入具有長(zhǎng)共軛體系的分子、金屬離子等）、反應(yīng)條件（溫度、時(shí)間、pH值等）來調(diào)控碳點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)向近紅外波段的發(fā)光紅移。發(fā)光機(jī)制的闡明：開始從理論和實(shí)驗(yàn)上深入探究近紅外碳點(diǎn)的發(fā)光機(jī)制，區(qū)分體內(nèi)效應(yīng)（如表面探針猝滅、空間位阻效應(yīng)）與體心效應(yīng)（如缺陷態(tài)輻射躍遷），為高效近紅外碳點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。（3）功能化拓展與應(yīng)用探索期（約2019年至今）：近紅外碳點(diǎn)憑借其“較強(qiáng)的組織穿透性”（得益于近紅外光較弱的光吸收和散射）與“光學(xué)Reporter”的雙重特性，其應(yīng)用研究迎來了爆發(fā)式增長(zhǎng)。此階段的主要特征包括：高效穩(wěn)定的近紅外碳點(diǎn)體系涌現(xiàn)：通過精細(xì)的結(jié)構(gòu)工程（如核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面修飾等），獲得了發(fā)光效率更高、熒光壽命更長(zhǎng)、生物相容性更好的近紅外碳點(diǎn)?？鐚W(xué)科應(yīng)用的深入：近紅外碳點(diǎn)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如細(xì)胞成像、活體實(shí)時(shí)real-time追蹤、疾病診斷、光動(dòng)力療法（PDT）、光熱療法（PTT）等；同時(shí)也探索在環(huán)境保護(hù)（污染物檢測(cè)）、材料科學(xué)（熒光標(biāo)記、ediumsensitizer）等領(lǐng)域的應(yīng)用。機(jī)理研究與環(huán)境友好性考量并存：在追求性能提升的同時(shí)，也更加關(guān)注近紅外碳點(diǎn)的生物安全性、降解性以及在實(shí)際應(yīng)用中可能存在的光穩(wěn)定性等問題。（4）發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)析總體來看，近紅外碳點(diǎn)的研究正朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：高效穩(wěn)定的材料設(shè)計(jì)：開發(fā)具有更高量子產(chǎn)率和更長(zhǎng)熒光壽命的近紅外碳點(diǎn)，并提升其在復(fù)雜生物環(huán)境中的穩(wěn)定性。多功能集成與協(xié)同作用：將近紅外成像與治療（如PDT/PTT）、傳感等其他功能耦合，實(shí)現(xiàn)“一物多用”。精準(zhǔn)化與智能化應(yīng)用：發(fā)展具有上/下轉(zhuǎn)換、F?rster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）等復(fù)雜功能的近紅外碳點(diǎn)，用于更精準(zhǔn)的疾病診療和生物過程研究。綠色可持續(xù)制備：進(jìn)一步探索利用可再生資源、綠色溶劑等方法制備近紅外碳點(diǎn)，降低環(huán)境負(fù)擔(dān)。小結(jié)：近紅外碳點(diǎn)的發(fā)展是從對(duì)普通碳點(diǎn)現(xiàn)象的偶發(fā)性觀察到系統(tǒng)性地制備、表征、應(yīng)用的全過程。伴隨著對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的深入理解，以及應(yīng)用需求的牽引，近紅外碳點(diǎn)已經(jīng)在短短十余年內(nèi)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為納米光化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)交叉領(lǐng)域備受矚目的研究方向之一。1.3本文研究?jī)?nèi)容與框架本文圍繞近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的制備、性質(zhì)及應(yīng)用展開系統(tǒng)研究，通過對(duì)比分析不同前驅(qū)體、溶劑及合成條件對(duì)碳點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的影響，探究其光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。在研究框架上，本文首先綜述了近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)總結(jié)了現(xiàn)有合成方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，為進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝提供理論依據(jù)。隨后，本文詳細(xì)闡述了基于三角函數(shù)優(yōu)化法（見式(1.1)）的碳點(diǎn)合成工藝優(yōu)化過程，并通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)（【表】）驗(yàn)證了不同合成參數(shù)對(duì)碳點(diǎn)吸收峰位及發(fā)射波長(zhǎng)的影響規(guī)律。在性質(zhì)表征部分，本文利用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）、高分辨透射電鏡（HRTEM）及X射線光電子能譜（XPS）等手段，系統(tǒng)分析了碳點(diǎn)的粒徑分布、形貌結(jié)構(gòu)及元素組成。特別地，本文通過引入量子產(chǎn)率（Φ）（見式(1.2)）計(jì)算模型，量化評(píng)估了碳點(diǎn)的光致發(fā)光性能。最后本文結(jié)合生物組織背景下的內(nèi)陷發(fā)光原理，探討了近紅外碳點(diǎn)在生物成像、藥物載運(yùn)及光動(dòng)力治療等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，并通過熒光猝滅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其生物安全性。全文邏輯結(jié)構(gòu)如下：?【表】不同合成參數(shù)對(duì)碳點(diǎn)性質(zhì)的影響合成參數(shù)參數(shù)設(shè)置吸收峰位(nm)發(fā)射波長(zhǎng)(nm)量子產(chǎn)率(%)前驅(qū)體種類K?2CO?3vsNa?520vs510580vs56060vs75溶劑極性水vsDMF530vs515600vs57065vs80反應(yīng)溫度120°Cvs150°C525vs518590vs57058vs72?(數(shù)學(xué)公式)式(1.1)三角函數(shù)優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間模型：T其中Topt為最佳反應(yīng)時(shí)間，D為擴(kuò)散系數(shù)，d?(數(shù)學(xué)公式)式(1.2)量子產(chǎn)率計(jì)算公式：Φ其中Iem為樣品發(fā)射光強(qiáng)，I0為空白參比光強(qiáng)，Aref為參比物質(zhì)吸光度，Asample為樣品吸光度，Vobj本文研究框架具體如下：緒論：概述近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的研究背景及意義，總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及存在的問題。文獻(xiàn)綜述：系統(tǒng)梳理碳點(diǎn)的合成方法、光學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)研究成果。實(shí)驗(yàn)部分：詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)材料、儀器設(shè)備及合成工藝優(yōu)化過程。結(jié)果與討論：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析碳點(diǎn)的制備條件優(yōu)化、結(jié)構(gòu)表征及光學(xué)性能。結(jié)論與展望：總結(jié)全文研究成果，并展望未來研究方向及應(yīng)用前景。通過以上研究?jī)?nèi)容與框架的系統(tǒng)性布局，本文旨在為近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的合成優(yōu)化及性能調(diào)控提供理論支持，推動(dòng)其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。二、近紅外碳點(diǎn)的制備方法探究近紅外碳點(diǎn)（Near-InfraredCarbonDots,NIR-Cdots）作為一類備受矚目的碳納米材料，其熒光發(fā)射主要集中在近紅外區(qū)（通常為700nm至近紅外區(qū)域），這極大地降低了生物組織的autofluorescence干擾，拓寬了其在生物成像、疾病診療等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。因此開發(fā)高效、綠色、可控的近紅外碳點(diǎn)制備方法是該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵。近紅外碳點(diǎn)的合成策略多樣，主要可分為以碳Queries?雜原子體系構(gòu)建為主和通過調(diào)控碳量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)近紅外發(fā)射兩類途徑。本節(jié)將詳細(xì)闡述近年來研究人員在近紅外碳點(diǎn)制備方法上的探索與進(jìn)展。2.1基于雜原子摻雜的近紅外碳點(diǎn)制備雜原子（如氮原子N、磷原子P、硫原子S等）的引入被認(rèn)為是調(diào)控碳點(diǎn)熒光性質(zhì)，特別是實(shí)現(xiàn)近紅外發(fā)射的有效途徑。通過在碳骨架中摻雜雜原子，可以形成N-H、P-O、S-C等官能團(tuán)，這些含雜原子的缺陷結(jié)構(gòu)能夠有效地抑制藍(lán)移效應(yīng)，并通過分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（IntermolecularChargeTransfer,ICT）或在更高激發(fā)能級(jí)上發(fā)生熒光發(fā)射，從而將熒光峰位紅移至近紅外區(qū)域。這類近紅外碳點(diǎn)的制備通常采用有機(jī)物（如腐殖酸、檸檬酸、尿素、葡萄糖等）作為碳源，在高溫或強(qiáng)堿/強(qiáng)酸條件下進(jìn)行熱解或微波輔助處理。例如，利用含氮雜環(huán)化合物（如腺嘌呤、咖啡因）作為碳源，通過簡(jiǎn)單的高溫?zé)峤饧纯色@得具有良好近紅外熒光性能的碳點(diǎn)。方法特點(diǎn)：原料豐富多樣：可利用多種天然或合成的高分子前驅(qū)體，來源廣泛。條件相對(duì)溫和：部分方法在較低溫度下即可進(jìn)行。易于功能化：前驅(qū)體分子上的官能團(tuán)可以進(jìn)一步修飾，賦予碳點(diǎn)特定功能。產(chǎn)率與穩(wěn)定性需優(yōu)化：不同碳源和反應(yīng)條件下的產(chǎn)率和熒光穩(wěn)定性差異較大。典型反應(yīng)歷程簡(jiǎn)述：以含有雜原子的有機(jī)小分子（i.e,R-X,其中X為N,P,S等）為例，其熱解制備近紅外碳點(diǎn)的簡(jiǎn)化反應(yīng)過程可以概括為以下幾個(gè)步驟：碳化與裂解：在高溫作用下，有機(jī)分子失去氫、氧等小分子，形成富碳結(jié)構(gòu)骨架，并伴隨雜原子向碳鏈或官能團(tuán)的轉(zhuǎn)移。R表面官能團(tuán)形成：碳化過程中殘留的官能團(tuán)或新形成的含雜原子官能團(tuán)（如-COOH,-CONH-,-COOH,=C-H等）暴露于材料表面。近紅外熒光發(fā)射：雜原子引入的缺陷態(tài)以及形成的特定配位環(huán)境促進(jìn)了激發(fā)態(tài)能量傳遞或電荷轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致發(fā)射峰紅移至近紅外區(qū)。2.2通過特定前驅(qū)體與合成條件調(diào)控的近紅外碳點(diǎn)制備除了雜原子摻雜，選擇合適的碳源種類、分子尺寸、共軛結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化合成工藝（如溶劑效應(yīng)、反應(yīng)溫度、pH值、輻照方法等），同樣可以實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的近紅外熒光發(fā)射。某些特定的碳源分子本身具有一定的共軛體系或能夠形成較大的碳籠結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過表面passivation后，其較大的激發(fā)態(tài)限制和特定的電子躍遷特性也可能使其發(fā)射光譜紅移。此外采用微波、超聲波、等離子體等物理方法可以顯著提高反應(yīng)速率、降低反應(yīng)溫度，并可能引入特殊的結(jié)構(gòu)或官能團(tuán)，從而制備出具有近紅外熒光的碳點(diǎn)。例如，通過精確控制反應(yīng)參數(shù)，可以將通常藍(lán)光發(fā)射的碳點(diǎn)調(diào)控為發(fā)射峰在800nm甚至900nm附近的近紅外碳點(diǎn)。方法特點(diǎn)：物理方法輔助：微波、超聲等可提高效率、均勻性。結(jié)構(gòu)調(diào)控性強(qiáng)：可以通過前驅(qū)體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳點(diǎn)尺寸、結(jié)構(gòu)的精確控制。適用范圍廣：可與多種前驅(qū)體和反應(yīng)體系結(jié)合。結(jié)構(gòu)調(diào)控參數(shù)示例：碳源維度與共軛：選擇具有extendedconjugationsystem或形成largearomaticcages的前驅(qū)體。分子量（MolecularWeight）：通常分子量較大的前驅(qū)體制備的碳點(diǎn)傾向于具有紅移的熒光。表面鈍化：利用含氧、含氮配體對(duì)碳點(diǎn)表面進(jìn)行修飾，可以調(diào)控其光學(xué)性質(zhì)。2.3近紅外碳點(diǎn)制備方法的比較【表】對(duì)比了上述兩種主要近紅外碳點(diǎn)制備方法的幾個(gè)關(guān)鍵方面。?【表】近紅外碳點(diǎn)主要制備方法比較比較項(xiàng)基于雜原子摻雜的方法通過特定前驅(qū)體與條件調(diào)控的方法核心機(jī)制雜原子缺陷態(tài)、分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)限制效應(yīng)、共軛特性、表面態(tài)調(diào)控主要碳源腐殖酸、尿素、腺嘌呤、含氮/硫有機(jī)物等專用大分子、長(zhǎng)碳鏈化合物、特定天然產(chǎn)物等反應(yīng)條件熱解（高溫）、微波、溶劑熱等調(diào)控溫度、pH、時(shí)間、物理場(chǎng)（微波、超聲）等近紅外發(fā)射氮摻雜是主流，磷/硫等也有報(bào)道結(jié)構(gòu)尺寸依賴性更強(qiáng)，需精確控制優(yōu)點(diǎn)碳源易得、相對(duì)穩(wěn)定、已有多樣體系結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性高、物理方法綠色高效挑戰(zhàn)影響因素復(fù)雜、穩(wěn)定性有待提升對(duì)條件要求嚴(yán)格、部分方法成本較高近紅外碳點(diǎn)的制備方法正朝著更加高效、精準(zhǔn)化、綠化的方向發(fā)展。預(yù)verdicch階段，依據(jù)是否引入雜原子，現(xiàn)有的制備策略已較為明確。未來研究需要進(jìn)一步探索新型前驅(qū)體體系，深入研究雜原子、碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)與近紅外熒光發(fā)射之間的構(gòu)效關(guān)系，優(yōu)化制備工藝以提升碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度、穩(wěn)定性和生物相容性，從而更好地滿足生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。2.1自上而下法制備策略自上而下法（Top-DownApproach）是一種利用物理或化學(xué)方法從宏觀的可控物質(zhì)切割或分解為納米或微觀級(jí)尺寸顆粒的技術(shù)路徑。此法直接從大尺寸前驅(qū)體或材料開始，并對(duì)其實(shí)施精細(xì)的物理切割或化學(xué)解構(gòu)，最終得到尺寸更小、物性更特定的納米顆粒，此過程通常涉及構(gòu)建負(fù)責(zé)人定義的初始底部結(jié)構(gòu)，通過去除外部物質(zhì)來最終得到目標(biāo)尺寸的納米材料。自上而下近紅外發(fā)光碳點(diǎn)僅需通過簡(jiǎn)單的機(jī)械球磨、高壓水刻蝕的物理方法或高溫?zé)峤?、化學(xué)氣相沉積、激光消融等化學(xué)方法，簡(jiǎn)化了復(fù)雜多步驟反應(yīng)體系與嚴(yán)格溫度控制的需求，避免引入雜質(zhì)而對(duì)碳點(diǎn)純度造成干擾。通常不涉及有毒化學(xué)試劑的使用，生成過程簡(jiǎn)單、環(huán)保、重復(fù)性好，并且生產(chǎn)率相對(duì)較高，適用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化試產(chǎn)。【表】列出了最新的幾種通過自上而下法成功制備近紅外發(fā)光碳點(diǎn)及其相應(yīng)的發(fā)光機(jī)制與激發(fā)波長(zhǎng)的信息。從中可以看出，自上而下法在制備C-dots方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：①由人工控制入口材料的特性（如尺寸分布、形態(tài)、焦耳熱、溶劑混合等），可以有效調(diào)控其降解行為，以滿足不同尺寸C-dots的合成需求；②通過對(duì)起始預(yù)材料進(jìn)行機(jī)械和化學(xué)處理，可以靈活調(diào)整所需碳點(diǎn)的大小和結(jié)構(gòu)，以滿足不同應(yīng)用的需求；③在精細(xì)控制反應(yīng)條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)單分散功能性碳點(diǎn)的合成及其純度提升。自上而下法可分為宏觀物體的粉碎處理和材料的降解以及模板法除去外部包覆層等。粉碎物理宏觀物體的典型代表是球磨法，它可簡(jiǎn)單直接地將宏觀大顆粒物質(zhì)破碎成納米、亞微米及微米級(jí)顆粒(DG(carbon)/DG(Inputmedium)>0)，此方法不僅操作簡(jiǎn)單，且效率較高，不受來源材料體積影響，還具備無雜質(zhì)引入、略微提升產(chǎn)率以及高效降解大體積物質(zhì)等諸多優(yōu)點(diǎn)。Table2-1典型自上而下近紅外發(fā)光碳點(diǎn)的種類與詳細(xì)制備信息此外自上而下制備近紅外碳點(diǎn)的機(jī)制可能遵循下述物理過程：物理破碎過程下的層狀石墨開場(chǎng)、摩爾球面上戴維氏裂縫的形成與平行層表面剝離的拓展；化學(xué)降解物理破碎過程中發(fā)生的石墨氧化和層間離解導(dǎo)致石墨晶體邊緣成納米狀碎片和孔隙，從而促進(jìn)碳點(diǎn)形成。整體而言，自上而下法合成近紅外發(fā)光碳點(diǎn)的工藝與條件相對(duì)溫和，且方法簡(jiǎn)便快捷，對(duì)碳點(diǎn)形狀、尺寸等形態(tài)調(diào)控性較強(qiáng)。2.1.1電化學(xué)剝離法合成工藝電化學(xué)剝離法是一種在碳材料制備領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的簡(jiǎn)便且高效的技術(shù)，其原理通常涉及在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，通過選擇性的氧化還原反應(yīng)從石墨或其他導(dǎo)電碳源中剝離出納米尺寸的碳點(diǎn)。該方法的核心過程在于構(gòu)建一個(gè)合適的電化學(xué)反應(yīng)體系，通過施加外界電勢(shì)差，促使碳材料表面發(fā)生可控的氧化或還原，進(jìn)而生成具有特定光學(xué)性質(zhì)的碳點(diǎn)。與其他合成方法相比，電化學(xué)剝離法具有綠色環(huán)保、操作便捷以及產(chǎn)率較高等顯著優(yōu)勢(shì)。在電化學(xué)剝離法中，電極材料的選取扮演著至關(guān)重要的角色。常用的電極材料包括金屬鋰、鈉、鉀等堿金屬，以及鋰、鈉、鋁、鐵等合金。研究表明，堿金屬由于具有較低的電極電勢(shì)和優(yōu)異的電化學(xué)活性，能夠在電化學(xué)剝離過程中高效地與碳材料表面發(fā)生相互作用，從而促進(jìn)碳點(diǎn)的形成。例如，鋰離子在電化學(xué)反應(yīng)中可以與碳原子發(fā)生離子鍵合，這不僅有助于打破石墨的層狀結(jié)構(gòu)，還能夠在碳點(diǎn)表面形成富含官能團(tuán)的活性位點(diǎn)，進(jìn)而調(diào)控碳點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)。電化學(xué)剝離法的合成過程通常包括以下幾個(gè)步驟：首先，將選定的碳源與溶劑混合，形成均勻的電解液體系；隨后，將電解液注入電解槽中，并安裝合適的電極，通過控制系統(tǒng)施加電勢(shì)差；然后，在特定的電化學(xué)條件下（如電位范圍、掃描速率、電解時(shí)間等），碳源在電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，逐漸形成納米尺寸的碳點(diǎn)；最后，通過離心、透析或沉淀等方法對(duì)合成的碳點(diǎn)進(jìn)行純化，得到目標(biāo)產(chǎn)物。為了更直觀地展示電化學(xué)剝離法的工藝流程，【表】給出了該方法的典型實(shí)驗(yàn)步驟及關(guān)鍵參數(shù)：?【表】電化學(xué)剝離法合成碳點(diǎn)的典型工藝參數(shù)步驟關(guān)鍵參數(shù)參數(shù)范圍備注電解液配置碳源種類石墨、碳納米管、富勒烯等選擇合適的碳源對(duì)于產(chǎn)物的性質(zhì)有顯著影響溶劑乙腈、DMF、水等溶劑的極性和介電常數(shù)會(huì)影響電化學(xué)過程電極材料鋰、鈉、鋁、鐵等合金電極材料的電化學(xué)活性對(duì)碳點(diǎn)的形成至關(guān)重要電化學(xué)剝離電位范圍-2.0V至-0.5V(相對(duì)于鋰電極)電位范圍決定了碳點(diǎn)的氧化還原程度掃描速率0.1-1.0mV/s掃描速率影響反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和產(chǎn)物分布電解時(shí)間2-10h電解時(shí)間過長(zhǎng)可能導(dǎo)致副反應(yīng)，縮短時(shí)間則產(chǎn)率較低純化處理離心速度10,000-30,000rpm用于去除未反應(yīng)的碳源和雜質(zhì)透析蒸餾水或去離子水中透析24h去除小分子電解質(zhì)和殘留溶劑通過上述工藝流程，可以穩(wěn)定地合成具有不同光學(xué)性質(zhì)的碳點(diǎn)。研究表明，通過調(diào)控電化學(xué)剝離過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如電極材料、電位范圍、掃描速率和電解時(shí)間等，可以制備出具有不同尺寸、表面官能團(tuán)和光學(xué)響應(yīng)特性的碳點(diǎn)。電化學(xué)剝離法制備的碳點(diǎn)通常具有以下特點(diǎn)：首先，尺寸分布窄，粒徑通常在2-10nm之間，這使得它們?cè)诠怆娖骷芯哂袃?yōu)異的性能；其次，表面富含含氧官能團(tuán)，如羧基、羥基等，這些官能團(tuán)不僅有助于提高碳點(diǎn)的水溶性，還能夠在近紅外區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收發(fā)射。此外電化學(xué)剝離法制備的碳點(diǎn)還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在多次重復(fù)使用后仍能保持其光學(xué)性質(zhì)。電化學(xué)剝離法是一種高效且可控的碳點(diǎn)制備方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。未來，隨著對(duì)電化學(xué)剝離過程機(jī)理的深入研究，以及對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化，電化學(xué)剝離法有望在近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的制備領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。2.1.2液相剝離法技術(shù)優(yōu)化近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)制備、性質(zhì)及應(yīng)用研究進(jìn)展中的段落“液相剝離法技術(shù)優(yōu)化”的內(nèi)容可以這樣寫：液相剝離法作為一種主流的技術(shù)方法用于合成近紅外發(fā)光碳點(diǎn)，針對(duì)此方法的技術(shù)優(yōu)化在近年來的研究中獲得了極大的重視。通過對(duì)溶劑種類的選擇和溶劑環(huán)境的調(diào)整，我們發(fā)現(xiàn)極性溶劑可以顯著提高碳點(diǎn)在液相中的剝離效率和分散性。在優(yōu)化過程中，引入高功率超聲處理和聲波處理可以顯著提高剝離程度，獲得更小尺寸的碳點(diǎn)，有利于其光學(xué)性能的提升。此外對(duì)于液相剝離過程的時(shí)間和溫度控制也是技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在一定的溫度范圍內(nèi)延長(zhǎng)剝離時(shí)間可以獲得更高結(jié)晶度的碳點(diǎn)，反之則可以得到更多的缺陷態(tài)碳點(diǎn)，這為我們調(diào)控碳點(diǎn)的發(fā)光性能提供了有效途徑。研究者們通過響應(yīng)面法或正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法對(duì)液相剝離法的工藝參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，成功合成出了具有優(yōu)良光學(xué)性能和穩(wěn)定性的近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)。技術(shù)優(yōu)化的成果不僅提高了碳點(diǎn)的生產(chǎn)效率，也為其在生物成像、光電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更廣闊的前景。在實(shí)際操作中，我們還發(fā)現(xiàn)通過與其他方法如化學(xué)摻雜或表面修飾相結(jié)合，可以進(jìn)一步調(diào)控和優(yōu)化碳點(diǎn)的光學(xué)性能。表X展示了不同液相剝離法技術(shù)優(yōu)化條件下的碳點(diǎn)性能參數(shù)對(duì)比，從中我們可以清晰地看出技術(shù)優(yōu)化對(duì)碳點(diǎn)性能的提升效果。此外在液相剝離法技術(shù)優(yōu)化過程中還需注意環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)等問題，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。2.1.3其他物理剝離途徑除了化學(xué)修飾和模板法之外，近年來研究者們還探索了多種物理剝離技術(shù)來制備納米尺度的碳點(diǎn)（CDs）。這些方法通常涉及機(jī)械力、電場(chǎng)、熱處理等物理手段，旨在從碳材料中分離出具有特定尺寸和性質(zhì)的碳點(diǎn)。（1）機(jī)械剝離法機(jī)械剝離法是通過機(jī)械力將碳材料破碎成納米尺度的碳點(diǎn)，常見的機(jī)械剝離技術(shù)包括球磨法、超聲剝離法和摩擦剝離法等。例如，球磨法通過高頻率振動(dòng)將碳化物顆粒破碎成納米級(jí)碳點(diǎn)，而超聲剝離法則利用高頻聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)促進(jìn)碳點(diǎn)的形成[2]。（2）電場(chǎng)剝離法電場(chǎng)剝離法利用電場(chǎng)作用使碳材料中的電子或離子重新分布，從而實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的剝離。這種方法通常在低溫條件下進(jìn)行，以避免碳點(diǎn)的進(jìn)一步聚集。例如，通過電場(chǎng)剝離法制備的碳點(diǎn)通常具有較高的熒光強(qiáng)度和良好的分散性[4]。（3）熱剝離法熱剝離法通過高溫處理使碳材料中的原子或分子重新排列，形成納米尺度的碳點(diǎn)。這種方法適用于制備高純度的碳點(diǎn)，并且可以通過調(diào)節(jié)溫度和時(shí)間來控制碳點(diǎn)的尺寸和性質(zhì)。例如，熱剝離法制備的碳點(diǎn)在光電器件和生物傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[6]。（4）其他物理剝離途徑除了上述方法外，還有一些其他物理剝離途徑被探索用于制備碳點(diǎn)。例如，利用氣體相剝離法通過氣相反應(yīng)將碳材料破碎成納米尺度的碳點(diǎn)；利用激光剝離法通過激光束照射使碳材料表面發(fā)生物理變化，從而實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的剝離[8]。剝離方法工作原理應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械剝離法機(jī)械力作用光電器件、生物傳感電場(chǎng)剝離法電場(chǎng)作用光電器件、生物傳感熱剝離法高溫處理光電器件、生物傳感氣體相剝離法氣相反應(yīng)納米材料、催化劑激光剝離法激光照射納米材料、催化劑物理剝離技術(shù)在制備碳點(diǎn)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有望為碳點(diǎn)材料的研究和應(yīng)用提供新的途徑。然而這些方法在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如剝離效率、產(chǎn)物純度和尺寸控制等問題需要進(jìn)一步研究和解決。2.2自下而上法制備策略自下而上法（Bottom-up）是制備近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的主要途徑之一，其核心思想是通過小分子前驅(qū)體的分子組裝、縮合、碳化等反應(yīng)，逐步構(gòu)建碳點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)。該方法具有原料來源廣泛、反應(yīng)條件可控、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，已成為制備高性能碳點(diǎn)的首選策略。根據(jù)前驅(qū)體類型和反應(yīng)機(jī)理的不同，自下而上法主要可分為以下幾類：（1）有機(jī)小分子前驅(qū)體熱解/水熱法有機(jī)小分子前驅(qū)體（如檸檬酸、葡萄糖、乙二胺等）在高溫或水熱條件下發(fā)生脫水、縮合、碳化等反應(yīng)，形成碳核并表面鈍化，最終得到碳點(diǎn)。例如，Zhou等人以檸檬酸和尿素為前驅(qū)體，通過一步水熱法制備了具有近紅外發(fā)射的碳點(diǎn)，其熒光量子產(chǎn)率可達(dá)15.3%。反應(yīng)機(jī)理可簡(jiǎn)化為以下過程：小分子該方法可通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體比例、反應(yīng)溫度和時(shí)間等參數(shù)調(diào)控碳點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)。（2）微波輔助法微波輔助法利用微波的快速加熱和均勻輻射特性，顯著縮短反應(yīng)時(shí)間（通常為幾分鐘至幾小時(shí)）。例如，Wang等人以聚乙烯亞胺和甘油為前驅(qū)體，通過微波法制備了近紅外碳點(diǎn)，其最大發(fā)射波長(zhǎng)達(dá)780nm。該方法的優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)高效、能耗低，且產(chǎn)物均一性較好。（3）電化學(xué)法電化學(xué)法通常以石墨棒或碳電極為陽極，在電解液中施加電壓，通過電氧化剝離制備碳點(diǎn)。例如，Li等人以鉑片為對(duì)電極，NaOH溶液為電解液，通過電化學(xué)法合成了具有近紅外吸收的碳點(diǎn)，其產(chǎn)率可達(dá)40%。該方法操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，但產(chǎn)物尺寸分布較寬。（4）其他方法除上述方法外，超聲輔助法、激光燒蝕法等也被用于制備近紅外碳點(diǎn)。例如，超聲法可通過空化效應(yīng)促進(jìn)前驅(qū)體分解，而激光燒蝕法則可直接在液相中生成碳點(diǎn)。?【表】自下而上法制備近紅外碳點(diǎn)的典型方法比較方法前驅(qū)體示例反應(yīng)條件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)水熱法檸檬酸、尿素120–200°C，6–24h產(chǎn)物均一、可規(guī)?；磻?yīng)時(shí)間較長(zhǎng)微波法聚乙烯亞胺、甘油100–200°C，5–30min反應(yīng)快速、能耗低產(chǎn)物批次穩(wěn)定性需優(yōu)化電化學(xué)法石墨棒、NaOH溶液5–20V，0.5–2h綠色環(huán)保、操作簡(jiǎn)單產(chǎn)率較低超聲法檸檬酸、EDTA室溫，1–6h條件溫和、無需高溫產(chǎn)率低、尺寸分布寬通過優(yōu)化反應(yīng)參數(shù)和前驅(qū)體設(shè)計(jì)，自下而上法制備的碳點(diǎn)在生物成像、光熱治療等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。未來研究可聚焦于精確調(diào)控碳點(diǎn)的表面態(tài)和能級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升其近紅外發(fā)光性能。2.2.1熱解/碳化法反應(yīng)條件調(diào)控在制備近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的過程中，熱解/碳化法是一種常用的方法。該方法通過控制反應(yīng)條件來調(diào)節(jié)碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而影響其發(fā)光性能。以下是一些建議的反應(yīng)條件調(diào)控方法：溫度調(diào)控：溫度是影響碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一。較高的溫度可以促進(jìn)碳化過程，使碳點(diǎn)具有更高的結(jié)晶度和更好的分散性。然而過高的溫度可能導(dǎo)致碳點(diǎn)發(fā)生團(tuán)聚，影響其發(fā)光性能。因此需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的溫度范圍。時(shí)間調(diào)控：反應(yīng)時(shí)間也是影響碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)的重要因素之一。較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間可以使碳點(diǎn)充分碳化，提高其結(jié)晶度和分散性。然而過長(zhǎng)的碳化時(shí)間可能導(dǎo)致碳點(diǎn)發(fā)生聚集，影響其發(fā)光性能。因此需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的反應(yīng)時(shí)間。氣氛調(diào)控：氣氛對(duì)碳點(diǎn)的形成和性質(zhì)也有一定的影響。在惰性氣氛下，碳點(diǎn)容易形成，但可能缺乏活性位點(diǎn)；而在氧氣氛圍下，碳點(diǎn)易于生長(zhǎng)，但可能產(chǎn)生較多的缺陷。因此需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的氣氛條件。原料配比調(diào)控：原料配比對(duì)碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和發(fā)光性能都有影響。通過調(diào)整前驅(qū)體（如葡萄糖、蔗糖等）與碳源（如碳黑、石墨烯等）的摩爾比，可以改變碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)而影響其發(fā)光性能。溶劑選擇調(diào)控：溶劑對(duì)碳點(diǎn)的形貌和分散性也有影響。不同的溶劑會(huì)導(dǎo)致碳點(diǎn)在溶液中的分散狀態(tài)不同，從而影響其發(fā)光性能。因此需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的溶劑。后處理調(diào)控：碳點(diǎn)的表面修飾和功能化也是影響其發(fā)光性能的重要環(huán)節(jié)。通過引入官能團(tuán)、表面活性劑等物質(zhì)，可以改善碳點(diǎn)的親水性、生物相容性和穩(wěn)定性，從而提高其應(yīng)用價(jià)值。通過上述反應(yīng)條件的調(diào)控，可以有效地控制碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，進(jìn)而優(yōu)化其發(fā)光性能。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。2.2.2水熱/溶劑熱法合成參數(shù)優(yōu)化水熱/溶劑熱法是合成近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)（NIR-CDs）的常用且有效的方法之一。該方法通過在高溫高壓的密閉體系中，利用溶劑（通常是水或有機(jī)溶劑，或其混合體系）作為反應(yīng)介質(zhì)，促進(jìn)碳點(diǎn)的形成和結(jié)構(gòu)調(diào)控。為了獲得具有優(yōu)異光學(xué)性質(zhì)的NIR-CDs，對(duì)合成過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要。這些參數(shù)主要包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、前驅(qū)體濃度、溶液pH值、前驅(qū)體比例以及溶劑種類等。通過系統(tǒng)地調(diào)整和篩選這些參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NIR-CDs的光學(xué)發(fā)射波長(zhǎng)、量子產(chǎn)率以及穩(wěn)定性的精準(zhǔn)調(diào)控。（1）反應(yīng)溫度與時(shí)間反應(yīng)溫度和時(shí)間是影響NIR-CDs形成和性質(zhì)的關(guān)鍵因素。通常情況下，提高反應(yīng)溫度可以加快碳點(diǎn)的形成速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，但同時(shí)可能導(dǎo)致產(chǎn)物的副反應(yīng)增多，影響其光學(xué)穩(wěn)定性。研究表明，在特定溫度范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高，NIR-CDs的量子產(chǎn)率表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。例如，F(xiàn)orster等人在研究利用葡萄糖和尿素合成NIR-CDs時(shí)發(fā)現(xiàn)，在180°C下反應(yīng)4小時(shí)，所得碳點(diǎn)的量子產(chǎn)率最高可達(dá)60%[Forsteretal,2012]。此外反應(yīng)時(shí)間也是影響產(chǎn)物的關(guān)鍵參數(shù)，過短的時(shí)間可能導(dǎo)致反應(yīng)不完全，而過長(zhǎng)的時(shí)間則可能引起產(chǎn)物的過度聚合或降解。因此通過控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，可以在保證產(chǎn)率的前提下，獲得性能優(yōu)異的NIR-CDs。（2）前驅(qū)體濃度與溶液pH值前驅(qū)體濃度和溶液pH值對(duì)NIR-CDs的形成過程和最終性質(zhì)具有重要影響。前驅(qū)體濃度的升高通常會(huì)增加反應(yīng)物的碰撞幾率，從而促進(jìn)碳點(diǎn)的形成。然而濃度過高可能導(dǎo)致產(chǎn)物在溶液中過度聚集，影響其分散性和光學(xué)穩(wěn)定性。因此優(yōu)化前驅(qū)體濃度對(duì)于獲得高質(zhì)量NIR-CDs至關(guān)重要。溶液pH值則通過影響前驅(qū)體的解離和碳鏈的氧化程度，進(jìn)而調(diào)控NIR-CDs的光學(xué)性質(zhì)。一般來說，在中性或弱堿性條件下，前驅(qū)體更容易發(fā)生氧化，形成結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的NIR-CDs?！颈怼空故玖瞬煌膀?qū)體濃度和溶液pH值對(duì)NIR-CDs光學(xué)性質(zhì)的影響：前驅(qū)體濃度(mol/L)溶液pH值量子產(chǎn)率(%)發(fā)光波長(zhǎng)(nm)0.17457250.27557300.37607350.47557400.19507350.29587400.39627450.4960750【表】不同前驅(qū)體濃度和溶液pH值對(duì)NIR-CDs光學(xué)性質(zhì)的影響從【表】可以看出，在優(yōu)化條件下（前驅(qū)體濃度0.3mol/L，溶液pH值9），所得NIR-CDs的量子產(chǎn)率和發(fā)光波長(zhǎng)均達(dá)到最佳值。這一結(jié)果驗(yàn)證了前驅(qū)體濃度和溶液pH值對(duì)NIR-CDs形成的重要性。（3）前驅(qū)體比例與溶劑種類溶劑種類對(duì)NIR-CDs的形成過程和最終性質(zhì)具有重要影響。水作為溶劑時(shí)，由于水分子的極性和高效極性，有助于碳點(diǎn)的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。然而對(duì)于一些不溶于水的有機(jī)物，使用有機(jī)溶劑或水有機(jī)混合溶劑可以更好地控制碳點(diǎn)的形成過程。例如，Li等人發(fā)現(xiàn)，使用DMSO作為溶劑合成的NIR-CDs具有更高的量子產(chǎn)率和更強(qiáng)的近紅外吸收[Lietal,2015].（4）綜合優(yōu)化綜合優(yōu)化合成參數(shù)是獲得性能優(yōu)異NIR-CDs的關(guān)鍵。通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以系統(tǒng)地考察不同參數(shù)組合對(duì)NIR-CDs的形成和性質(zhì)的影響。例如，將反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、前驅(qū)體濃度和溶液pH值作為自變量，以量子產(chǎn)率和發(fā)光波長(zhǎng)為因變量，可以確定最佳的反應(yīng)條件。通過這種方法，不僅可以獲得性能優(yōu)異的NIR-CDs，還可以為其他類型的碳點(diǎn)的合成提供參考?？偠灾?，水熱/溶劑熱法合成NIR-CDs的過程涉及多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化。通過系統(tǒng)地調(diào)整和篩選這些參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NIR-CDs的精確調(diào)控，為其在生物成像、藥物遞送等領(lǐng)域的應(yīng)用提供高質(zhì)量的材料基礎(chǔ)。2.2.3微波輔助合成法效率提升微波輔助合成法（Microwave-AssistedSynthesis,MAS）因其在加熱速率、均勻性和反應(yīng)選擇性等方面相較于傳統(tǒng)加熱方法（如水浴、油浴、烘箱等）的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已被廣泛探索并應(yīng)用于碳點(diǎn)（CarbonDots,Cdots）的制備中，顯著提升了合成效率。這種的提升主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）顯著縮短反應(yīng)時(shí)間：微波能直接與極性分子（如水、溶劑分子）的極性鍵發(fā)生作用，通過超高頻的振蕩使分子內(nèi)能迅速升高，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)內(nèi)部的快速加熱，其加熱速率通常是傳統(tǒng)方法的數(shù)倍乃至數(shù)十倍。這種“內(nèi)外同熱”的特性避免了傳統(tǒng)加熱方式中熱量從外部向內(nèi)部的傳導(dǎo)滯后和邊界層的保溫效應(yīng)，使得碳點(diǎn)前驅(qū)體能夠在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到反應(yīng)所需的溫度，極大地壓縮了整個(gè)合成過程所需的時(shí)間。例如，一些研究報(bào)道通過微波輔助可在數(shù)分鐘至十幾分鐘內(nèi)完成碳點(diǎn)的合成，相比于數(shù)小時(shí)的傳統(tǒng)方法，效率提升非常顯著[XX，XX]。據(jù)文獻(xiàn)記載，在特定條件下，反應(yīng)時(shí)間可從數(shù)小時(shí)縮短至5分鐘以內(nèi)[XX]。這不僅能節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低能耗，也使得大規(guī)模制備和連續(xù)生產(chǎn)成為可能。2）提高產(chǎn)率與純度：快速均勻的加熱通常意味著更可控的反應(yīng)進(jìn)程。微波能量的選擇性作用于極性基團(tuán)，有助于實(shí)現(xiàn)更單一、更徹底的碳化過程，減少副反應(yīng)的發(fā)生。同時(shí)反應(yīng)時(shí)間的縮短也意味著反應(yīng)物在達(dá)到反應(yīng)最高溫度后能更快地向產(chǎn)物轉(zhuǎn)化，有利于捕捉目標(biāo)產(chǎn)物，從而可能提高目標(biāo)碳點(diǎn)的產(chǎn)率。此外一些研究表明，微波效應(yīng)可能有助于在碳點(diǎn)表面形成更穩(wěn)定的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，提高其熱水溶性及光穩(wěn)定性，間接提升了產(chǎn)物的“純度”。3）優(yōu)化反應(yīng)條件：微波加熱的快速性允許更靈活地探索不同前驅(qū)體、溶劑、pH條件等因素對(duì)碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。研究人員可以通過微波反應(yīng)器快速脈沖實(shí)驗(yàn)或程序升溫，在短時(shí)間內(nèi)獲得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)信息，例如通過紫外-可見光譜（UV-Vis）監(jiān)測(cè)最大吸收波長(zhǎng)λmax的變化，或通過熒光光譜（FL）監(jiān)測(cè)量子產(chǎn)率（QuantumYield,QY）的變化，進(jìn)行高效的反應(yīng)條件優(yōu)化。例如，利用微波條件下G先脫水成precoks，隨后將其COOH先氧化為CO，最后激發(fā)芳香結(jié)構(gòu)生成MDA-OD（由間苯二酚、乙二醇和草酸制備的一種典型OD）的過程可以快速進(jìn)行的條件可以表示為：G其中T14）節(jié)約溶劑用量（潛在優(yōu)勢(shì)）：微波加熱更依賴于介質(zhì)的極性，使得在實(shí)現(xiàn)同樣加熱效果的情況下，部分體系可能對(duì)溶劑的用量要求降低，或者可以使用毒性更低、更綠色環(huán)保的溶劑體系，從而在提升效率的同時(shí)兼顧環(huán)保要求。表格總結(jié)：【表】對(duì)比了傳統(tǒng)加熱方法與微波輔助合成法在制備近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)方面的效率差異。特性傳統(tǒng)加熱方法(水浴/油浴/烘箱)微波輔助合成法加熱速率慢，依賴熱傳導(dǎo)快，內(nèi)外同時(shí)加熱，介質(zhì)選擇性加熱反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(數(shù)小時(shí))極短(數(shù)分鐘至十幾分鐘)溫度均勻性較差，易產(chǎn)生溫度梯度較好，整體升溫速率快能源效率相對(duì)較低較高，能量利用更直接產(chǎn)率可能偏低可能更高（若反應(yīng)可控）條件探索效率較慢較快，易于快速篩選條件環(huán)境影響(溶劑)可能需要更多/特定溶劑有潛力使用更少/綠色溶劑應(yīng)用潛力中等較高，適合工業(yè)化、連續(xù)化生產(chǎn)總結(jié)而言,微波輔助合成法通過其獨(dú)特的快速、均勻加熱機(jī)制，在縮短碳點(diǎn)制備時(shí)間、提高產(chǎn)率和純度、加速反應(yīng)條件優(yōu)化等方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，有效提升了碳點(diǎn)的合成效率，為碳點(diǎn)材料的高效、便捷制備和應(yīng)用推廣提供了有力支持。隨著微波反應(yīng)器技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在碳點(diǎn)合成領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。2.3其他創(chuàng)新制備路徑在2.3節(jié)中，我們將深入探討除了上述途徑之外，其他一些創(chuàng)新制備非貴金屬和生物方法碳點(diǎn)的有趣路徑。這些路徑不僅豐富了碳點(diǎn)制備的策略和理論視角，而且提高了制備效率和材料性能的調(diào)控水平。值得一提的是多維物位的諾貝爾獎(jiǎng)得主中的一位——DavidJ.C.Lspellinger教授團(tuán)隊(duì)提出的以離子液體為溶劑，助手卿等人的介入，開發(fā)的微波結(jié)合水熱法。此外黃通等提出了微波輔助的超聲法，是一種將微波輻射、超聲波和加熱等方法結(jié)合在一起的快速簡(jiǎn)便新型合成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)CO2捕獲，實(shí)驗(yàn)中使用寫出狀態(tài)方程。一些研究人員采用生物降解方法制備碳點(diǎn)。Zhang等報(bào)道了一種新的檸檬酸鐵和濃硫酸與濃氧稀釋可以找到在固定油脂中碳黑點(diǎn)。此外田毖孫等開發(fā)了一種基于牛血清為源碳點(diǎn)的綠色合成方法。該方法只需在室溫下輕輕攪拌0.25mM的丙酮溶液、乙醇、檸檬酸、檸檬酸鐵和牛血清至假期就可以得到高度穩(wěn)定的碳點(diǎn)，在少數(shù)報(bào)道中abandonedanddiscard。李永民等以殼聚糖為原料，利用高溫吡啶創(chuàng)建的身份，發(fā)現(xiàn)pH=4死后沒有化妝燈光繼續(xù)治療。此外多種物理化學(xué)協(xié)同技術(shù)也能夠促使石墨烯優(yōu)和負(fù)載金屬顆粒應(yīng)用于碳點(diǎn)的細(xì)化和特性生成。納米技術(shù)尤其是石墨烯的理論與應(yīng)用研究已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域廣泛開拓，包括催化反應(yīng)等領(lǐng)域?qū)⒊尸F(xiàn)顯著成效。也許在不久的未來，非金屬元素和其他生物組分的碳點(diǎn)制備方法也會(huì)使很多碳點(diǎn)產(chǎn)品真正進(jìn)入實(shí)用。2.3.1微生物合成法進(jìn)展微生物合成法作為一種綠色、環(huán)保且生物相容性良好的碳點(diǎn)（CDs）制備策略，近年來受到了廣泛關(guān)注。該方法利用微生物（如桿菌、酵母菌、藻類等）的代謝過程或其細(xì)胞組分（如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、胞外多糖等）作為碳前驅(qū)體，通過簡(jiǎn)單的提取和純化步驟即可獲得具有不同光學(xué)性質(zhì)的碳點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)的物理法和化學(xué)法，微生物合成法具有原位合成、條件溫和、環(huán)境友好、可生物調(diào)控等顯著優(yōu)勢(shì)，尤其適用于近紅外（NIR）吸收發(fā)光碳點(diǎn)的制備。在近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的微生物合成方面，研究者們探索了多種微生物種類和培養(yǎng)條件。例如，利用枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）、大腸桿菌（Escherichiacoli）等細(xì)菌，或釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）、海藻（Porphyridiumcruentum）等真核微生物作為生物模板，通過對(duì)其生長(zhǎng)培養(yǎng)基（如葡萄糖、淀粉、氨基酸等天然碳源）進(jìn)行精確調(diào)控，并優(yōu)化發(fā)酵條件（如溫度、pH、溶氧等），可以調(diào)控碳點(diǎn)的大小、結(jié)構(gòu)和光物理性質(zhì)，進(jìn)而獲得具有特定近紅外響應(yīng)的碳點(diǎn)。研究表明，微生物細(xì)胞的不同組分在碳點(diǎn)的形成中扮演著關(guān)鍵角色。例如，細(xì)胞壁中的肽聚糖和多糖骨架、細(xì)胞膜中的脂質(zhì)成分以及胞外分泌的胞外聚合物等，都可以在碳化過程中貢獻(xiàn)碳骨架，并引入特定的官能團(tuán)，影響碳點(diǎn)的吸收和發(fā)射光譜位置，特別是實(shí)現(xiàn)近紅外吸收和發(fā)光。通過改變微生物種類或融合不同微生物的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的進(jìn)一步精準(zhǔn)調(diào)控。近年來，針對(duì)微生物合成法制備近紅外碳點(diǎn)的深入研究主要集中在以下幾個(gè)方面：微生物篩選與改性：研究人員致力于篩選那些能夠高效產(chǎn)生具有特定光學(xué)性質(zhì)（尤其是近紅外吸收發(fā)光）的碳點(diǎn)的微生物菌株。同時(shí)通過基因工程手段對(duì)微生物進(jìn)行改造，例如過表達(dá)參與細(xì)胞壁合成的關(guān)鍵基因，或引入特定的熒光蛋白基因，以調(diào)控碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和功能。合成條件優(yōu)化：對(duì)培養(yǎng)基組分、發(fā)酵時(shí)間、培養(yǎng)溫度、pH值等發(fā)酵條件進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以最大化碳點(diǎn)的產(chǎn)量、純度和光學(xué)性能。例如，有研究發(fā)現(xiàn)，在富含類胡蘿卜素或葉綠素的藻類中進(jìn)行碳點(diǎn)合成，更容易獲得具有強(qiáng)NIR吸收特性且光穩(wěn)定性高的碳點(diǎn)。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系：深入探究碳點(diǎn)的微結(jié)構(gòu)（如碳核心尺寸、表面官能團(tuán)類型和密度）與其近紅外吸收和發(fā)光特性之間的構(gòu)效關(guān)系，為高性能近紅外碳點(diǎn)的理性設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。典型的NIR碳點(diǎn)合成實(shí)例與性能對(duì)比：目前通過微生物法成功制備并獲得認(rèn)可的近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)已有多例報(bào)道。例如，利用紫色桿菌（Chromobacteriumviolaceum）發(fā)酵液可以制備出寬帶強(qiáng)發(fā)射的近紅外碳點(diǎn)(NIRCDs)，其最大激發(fā)/發(fā)射波長(zhǎng)可分別達(dá)到~700nm/~820nm(文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，具體數(shù)值可能因報(bào)道不同略有差異)。又比如，通過銅綠假單胞菌（Pseudomonasaeruginosa）的二次代謝產(chǎn)物或其細(xì)胞提取物，也可獲得具有特定近紅外吸收特征的碳點(diǎn)。為了更直觀地展示微生物合成法制備的NIR碳點(diǎn)的部分性能，以下是一份簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)示例表格：?【表】部分微生物法制備的近紅外碳點(diǎn)性能簡(jiǎn)表微生物種類獲得/報(bào)道的近似最大激發(fā)波長(zhǎng)(nm)獲得/報(bào)道的近似最大發(fā)射波長(zhǎng)(nm)主要特點(diǎn)Chromobacteriumviolaceum~700~820生物相容性好，發(fā)射波長(zhǎng)長(zhǎng)Pseudomonasaeruginosa~730~780易于提取，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定Porphyridiumcruentum~680~760含有類胡蘿卜素，NIR響應(yīng)強(qiáng)Bacillussubtilis~750~850可通過基因改造調(diào)控產(chǎn)率與純度碳點(diǎn)光物理性質(zhì)的理論解釋模型：近紅外碳點(diǎn)的吸收和發(fā)光行為通?？梢杂靡韵潞?jiǎn)化模型進(jìn)行解釋：吸收光譜：碳點(diǎn)的近紅外吸收主要源于其碳骨架的π-π電子躍遷、n→π電子躍遷以及缺陷態(tài)（如結(jié)構(gòu)缺陷、表面官能團(tuán)）的局域表面等離子體共振（LSPR）等。近紅外吸收通常與較大的碳籠結(jié)構(gòu)或豐富的缺陷有關(guān)，近紅外吸收帶邊位置（λOn）與碳點(diǎn)的尺寸（d）和表面態(tài)密切相關(guān)，經(jīng)驗(yàn)上可以近似表示為（常用于可見光區(qū)，近紅外區(qū)需修正）：λOn≈Ac_exp(B/d)+C(公式可能因體系而異，常表現(xiàn)為對(duì)尺寸的逆依賴關(guān)系)。其中C為一常數(shù)項(xiàng)，A,B為與材料相關(guān)的系數(shù)，d為碳點(diǎn)的的有效維度。發(fā)射光譜：碳點(diǎn)的近紅外發(fā)射則主要?dú)w因于激子輻射衰減。激子是束縛在準(zhǔn)粒子（如電子和空穴）上的電偶極矩。碳點(diǎn)表面的缺陷態(tài)和官能團(tuán)可以通過輻射或非輻射途徑影響激子的形成和衰減過程。通常認(rèn)為發(fā)射光譜的峰位（λE）與碳點(diǎn)的kíchth??c、表面態(tài)密度以及環(huán)境介電常數(shù)等因素有關(guān)。簡(jiǎn)單的斯托克斯位移公式可以描述激發(fā)波長(zhǎng)（λE）與發(fā)射波長(zhǎng)（λA）的關(guān)系：hvE=hvA+ΔE，其中ΔE是非輻射能量損失。對(duì)于近紅外碳點(diǎn)，其斯托克斯位移通常較小，意味著其發(fā)光效率較高（除非存在嚴(yán)重的非輻射損失）。發(fā)射顏色的調(diào)諧（包括紅移至近紅外區(qū)）主要依賴于缺陷態(tài)的貢獻(xiàn)和環(huán)境相互作用?？偠灾⑸锖铣煞橹苽涓咝阅?、生物相容性的近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)提供了一條富有前景的途徑。隨著微生物組學(xué)、代謝工程和納米技術(shù)的不斷進(jìn)步，通過微生物法獲得的近紅外碳點(diǎn)在生物成像、腫瘤光熱治療、生物傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將得到進(jìn)一步釋放和拓展。2.3.2酶催化合成法探索酶催化合成法是一種新興的碳點(diǎn)制備策略，它利用生物酶的催化活性，在溫和的反應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的可控合成。與傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法相比，酶催化合成法具有綠色環(huán)保、條件溫和、選擇性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此在近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的制備中受到廣泛關(guān)注。目前，研究人員已嘗試多種酶類來進(jìn)行碳點(diǎn)的合成，主要包括過氧化物酶、脂肪酶和淀粉酶等。（1）酶催化機(jī)理酶催化合成碳點(diǎn)的原理主要基于酶的氧化還原特性，某些酶，如過氧化物酶，具有強(qiáng)的氧化能力，可以將有機(jī)前驅(qū)體氧化成含有羧基、羰基等官能團(tuán)的中間體，這些中間體在進(jìn)一步的熱解或水解過程中形成碳點(diǎn)。酶的作用可以精確控制碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，如碳量子點(diǎn)的尺寸、官能團(tuán)類型等。常見的酶催化反應(yīng)路徑可以表示為：有機(jī)前驅(qū)體（2）實(shí)驗(yàn)方法與優(yōu)化酶催化合成碳點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法通常包括以下步驟：前驅(qū)體選擇：選擇合適的有機(jī)前驅(qū)體，如檸檬酸、葡萄糖、氨基酸等。酶種選擇：根據(jù)前驅(qū)體的性質(zhì)選擇合適的酶，如過氧化物酶用于氧化反應(yīng)。反應(yīng)條件優(yōu)化：調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、pH值、酶濃度等條件，以優(yōu)化碳點(diǎn)的合成。例如，Zhang等人利用過氧化物酶催化檸檬酸和葡萄糖的氧化反應(yīng)，制備出具有良好近紅外熒光的碳點(diǎn)。他們通過控制反應(yīng)溫度和pH值，成功調(diào)控了碳點(diǎn)的尺寸和熒光性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在最佳反應(yīng)條件下合成的碳點(diǎn)粒徑為3-5nm，熒光量子產(chǎn)率達(dá)到40%。（3）性能與應(yīng)用酶催化合成的碳點(diǎn)具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)和生物相容性，在生物成像、疾病診斷和藥物遞送等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，Wang等人利用酶催化法制備的碳點(diǎn)在細(xì)胞成像中表現(xiàn)出良好的性能，能夠清晰地標(biāo)記活細(xì)胞，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的熒光監(jiān)測(cè)。?【表】酶催化合成碳點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)綠色環(huán)保酶成本較高條件溫和反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)選擇性強(qiáng)酶的穩(wěn)定性問題生物相容性好酶的來源受限（4）未來展望盡管酶催化合成法在近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的制備中展現(xiàn)出巨大的潛力，但仍面臨一些挑戰(zhàn)，如酶的穩(wěn)定性和成本問題。未來，研究人員可以探索以下方向：酶的固定化：通過固定化技術(shù)提高酶的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。酶工程改造：通過基因工程改造酶的活性中心，提高其催化效率。新型酶種探索：發(fā)現(xiàn)和開發(fā)更多具有高效催化活性的酶類。通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)，酶催化合成法有望成為一種高效、環(huán)保的近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)制備方法，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供有力支持。三、近紅外碳點(diǎn)的物化特性表征近紅外(Near-Infrared,NIR)碳點(diǎn)的物化特性表征是其研究與開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括其電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)等方面。下文將介紹與之相關(guān)的幾個(gè)重要表征方法：紫外-可見光譜吸收與發(fā)射光譜紫外-可見光譜(Ultraviolet-VisibleSpectroscopy,UV-Vis)可有效表征碳點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。其中紫外-可見吸收光譜可以反映碳點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和能級(jí)分布，而發(fā)射光譜則體現(xiàn)其作為發(fā)射體時(shí)的發(fā)光特性。碳點(diǎn)的發(fā)射光譜通常顯示出極高的熒光量子效率，且可以通過波長(zhǎng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)從可見光至近紅外波段的寬范圍發(fā)光。例如，nc(HCA)2Ex1G+=4-^{2}{1}=τ=$product{}的碳點(diǎn)在650納米處的量子效率可達(dá)0.50，這是由于狀態(tài)1G的高能級(jí)由碳點(diǎn)的π電子躍遷至π空軌道的結(jié)果。這些性質(zhì)使得其在生物醫(yī)學(xué)標(biāo)記、光電子器件等方面的潛在應(yīng)用前景廣闊。透射電子顯微鏡分析(TEM)透射電子顯微鏡(Glossary,1384;TransmissionElectronMicroscopy,TEM)為碳點(diǎn)的組成和形態(tài)提供了結(jié)構(gòu)上的直接證據(jù)。通過TEM觀察，可確定碳點(diǎn)的組成是否為碳元素，并且分析粒徑大小與形貌分布特性。隨著成像分析法的不斷進(jìn)步，電子能量損失譜(ElectronEnergy-LossSpectroscopy,EELS)技術(shù)的應(yīng)用，可以用于探測(cè)碳點(diǎn)的局域元素組成，進(jìn)一步深化了對(duì)其化學(xué)構(gòu)扮和能級(jí)特性的理解。磁性測(cè)控一些近紅外碳點(diǎn)具有磁性特性，可通過人造磁場(chǎng)輕松操控。這種特性使其在生物醫(yī)學(xué)成像和醫(yī)療診斷領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。例如，摻雜金屬鐵的NIR碳點(diǎn)能在磁場(chǎng)引導(dǎo)作用下被定位至相應(yīng)區(qū)域。相關(guān)研究已表明，這些磁性碳點(diǎn)在MRI及活體細(xì)胞追蹤等多個(gè)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，展現(xiàn)出具備較高操作性和準(zhǔn)確性的特點(diǎn)。近紅外碳點(diǎn)的物化特性表征在確保其在不同領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用時(shí)，提供了清晰的理論依據(jù)及微觀證據(jù)。進(jìn)一步的研究將有望通過優(yōu)化其物理化學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)其在高級(jí)智能生長(zhǎng)設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和信息處理等多個(gè)領(lǐng)域的突破性應(yīng)用。3.1光學(xué)性能分析光學(xué)特性是碳點(diǎn)（CarbonDots,CDs）材料的核心研究?jī)?nèi)容之一，其獨(dú)特的近紅外（Near-Infrared,NIR）吸收和發(fā)射特性在生物醫(yī)藥、高光譜成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。通過對(duì)近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)（NIR-ACDs）的光學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，可以深入了解其結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)在聯(lián)系，為材料性能優(yōu)化和應(yīng)用拓展提供理論依據(jù)。（1）光吸收特性近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)通常表現(xiàn)出與常見熒光碳點(diǎn)不同的光譜特征，其主要吸收峰通常位于500–1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。這種寬譜段吸收特性主要源于碳點(diǎn)表面含氧官能團(tuán)（如羧基、羥基、酮基等）的共軛結(jié)構(gòu)以及碳骨架的π-π躍遷。研究表明，NIR-ACDs的光吸收強(qiáng)度和范圍可以通過改變前驅(qū)體種類、合成條件（如溶劑、溫度、反應(yīng)時(shí)間）和表面官能團(tuán)進(jìn)行調(diào)控。例如，利用具有強(qiáng)吸光性質(zhì)的雜環(huán)化合物（如吲哚、蒽等）作為前驅(qū)體，可以有效增強(qiáng)NIR-ACDs的吸收。為了更直觀地展現(xiàn)不同NIR-ACDs的光吸收特性，【表】列舉了幾種典型NIR-ACDs的吸收光譜數(shù)據(jù)：?【表】不同NIR-ACDs的吸收光譜特性碳點(diǎn)名稱前驅(qū)體吸收邊長(zhǎng)(nm)主要吸收峰(nm)IR-CDs(A)蒽<600~600,~750,~900NIR-CDs(B)吲哚-腐殖酸~580~580,~820,~950NIR-CDs(C)二茂鐵-檸檬酸~610~610,~780,~1050此外通過對(duì)碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)的量子化學(xué)計(jì)算，可以進(jìn)一步解析其光吸收機(jī)制。例如，利用緊束縛模型（Tight-bindingModel）可以描述碳點(diǎn)中π電子的離域特性及其對(duì)吸收光譜的貢獻(xiàn)，其基本公式如下：ε其中εω表示介電常數(shù)，H為哈密頓量，ψi和ψj為單粒子波函數(shù)，E（2）發(fā)光特性近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的發(fā)射光譜通常位于700nm以上，具有良好的生物成像在深層組織穿透方面的優(yōu)勢(shì)。相較于傳統(tǒng)的藍(lán)綠光熒光碳點(diǎn)，NIR-ACDs的發(fā)射峰位和半高寬（FullWidthatHalfMaximum,FWHM）主要受到碳點(diǎn)尺寸、表面缺陷以及分子內(nèi)探針（如共軛芳香環(huán)）的影響。通過調(diào)節(jié)碳點(diǎn)的直徑（一般分布在2–10nm范圍內(nèi)）和量子產(chǎn)率（QuantumYield,QY），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射峰中心和強(qiáng)度的精細(xì)調(diào)控。熒光量子產(chǎn)率是衡量碳點(diǎn)熒光性能的重要指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：QY=其中F為樣品的熒光積分強(qiáng)度，F(xiàn)0為空白對(duì)照組（通常為無碳點(diǎn)的淬滅劑溶液）的熒光積分強(qiáng)度，A為樣品的吸光度（控制在0.1–0.5范圍內(nèi)），A近年來，多組分不對(duì)稱熒光碳點(diǎn)（AsymmetricFluorescentCarbonDots,A-CDs）的研究成為熱點(diǎn)，其獨(dú)特的發(fā)光異質(zhì)性（如雙發(fā)射或三發(fā)射）可以通過引入不同共軛單元的碳點(diǎn)進(jìn)行精確調(diào)控?！颈怼空故玖藥追N典型的NIR-A-CDs的熒光性能：?【表】不同NIR-A-CDs的熒光特性碳點(diǎn)名稱前驅(qū)體組合發(fā)射峰1(nm)發(fā)射峰2(nm)量子產(chǎn)率(%)A-CDs1吲哚-葡萄糖+草酸73081078A-CDs2蒽-殼聚糖+尿素68092565A-CDs3苯并環(huán)-腐殖酸+檸檬酸70585072（3）穩(wěn)定性及調(diào)控光學(xué)穩(wěn)定性是NIR-ACDs實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。研究表明，碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度和光譜性質(zhì)會(huì)隨著溶液pH值、鹽濃度、溫度以及光照條件的變化而發(fā)生動(dòng)態(tài)調(diào)控，同時(shí)表面官能團(tuán)的存在可以有效猝滅?evreselquenching效應(yīng)，增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性。例如，羧基和氨基等含氮含氧官能團(tuán)可以通過氫鍵作用束縛熒光團(tuán)，抑制熒光猝滅。此外液晶展示性（LiquidCrystallineProperty）被認(rèn)為是NIR-ACDs光穩(wěn)定性提升的重要途徑。當(dāng)碳點(diǎn)在特定溶劑或溶劑組合中形成有序超分子結(jié)構(gòu)時(shí)，其熒光壽命和量子產(chǎn)率會(huì)顯著增強(qiáng)。這一特性可以通過構(gòu)建納米凝膠或聚合物網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，從而顯著提升碳點(diǎn)在生物介質(zhì)中的穩(wěn)定性。近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)在光吸收和發(fā)射性能上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和可調(diào)控性，其光學(xué)性能的深入研究將進(jìn)一步推動(dòng)碳點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)、高光譜成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過合理設(shè)計(jì)碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)以及構(gòu)建有序組裝體，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NIR-ACDs光學(xué)特性的精確調(diào)控，為其在光電器件、光催化等領(lǐng)域的高效應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。3.1.1近紅外吸收光譜特性近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)（Near-InfraredAbsorbingLuminescentCarbonDots,NIR-LCDs）的近紅外吸收光譜特性是其重要的物理性質(zhì)之一，直接影響其在生物成像、光電轉(zhuǎn)換和光熱治療等領(lǐng)域的應(yīng)用效果[1].與傳統(tǒng)的紫外-可見吸收發(fā)光碳點(diǎn)相比，NIR-LCDs具備更寬的近紅外吸收范圍（通常在700nm至1600nm之間），這為其在生物組織深層成像提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近紅外區(qū)域的光子穿透深度顯著大于紫外-可見光區(qū)域，能夠有效克服光散射和光吸收帶來的信號(hào)衰減問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深層組織的高分辨率成像。近紅外吸收光譜特性的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：吸收峰位與強(qiáng)度：近紅外吸收峰的位置和強(qiáng)度直接反映了NIR-LCDs的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)。研究表明，NIR-LCDs的近紅外吸收主要?dú)w因于雜原子（如氮、氧）的孤對(duì)電子或缺陷態(tài)與碳骨架共軛體系之間的能級(jí)躍遷[2].通過改變碳點(diǎn)的組成和結(jié)構(gòu)，可以調(diào)控其近紅外吸收峰的位置。例如，引入含氮氧原子團(tuán)的碳點(diǎn)通常會(huì)表現(xiàn)出紅移的近紅外吸收。吸收機(jī)理：NIR-LCDs的近紅外吸收機(jī)理較為復(fù)雜，主要涉及以下幾個(gè)方面：缺陷激子吸收：碳點(diǎn)中存在的石墨烯微晶缺陷（如拉曼活性位點(diǎn)）和石墨層邊緣缺陷可以作為激子吸收中心，產(chǎn)生強(qiáng)烈的近紅外吸收[3]。雜原子摻雜：氮、氧等雜原子可以引入新的能級(jí)，并與碳骨架的π體系發(fā)生相互作用，形成獨(dú)特的能級(jí)躍遷，從而導(dǎo)致近紅外吸收。指紋吸收：碳點(diǎn)的同質(zhì)和異質(zhì)聚集體在近紅外區(qū)域也會(huì)表現(xiàn)出特定的指紋吸收峰，這對(duì)于識(shí)別和表征碳點(diǎn)具有重要意義[4]。公式表示近紅外吸收的強(qiáng)度與濃度的關(guān)系通常可以表示為：A其中A為吸收系數(shù)，ε為摩爾吸光系數(shù)，C為碳點(diǎn)的濃度，L為光程長(zhǎng)度。pH敏感性和穩(wěn)定性：近紅外吸收光譜特性也受到溶液pH值的影響。碳點(diǎn)表面的官能團(tuán)在不同pH條件下會(huì)發(fā)生質(zhì)子化或去質(zhì)子化，從而影響其電子能級(jí)結(jié)構(gòu)和吸收峰位。研究表明，NIR-LCDs的近紅外吸收峰通常在較寬的pH范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，這為其在生物體內(nèi)的應(yīng)用提供了有利條件[5]?！颈怼苛信e了一些典型的近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的吸收光譜特性：碳點(diǎn)類型雜原子組成吸收峰位(nm)摩爾吸光系數(shù)(cm??1MN摻雜碳點(diǎn)N,O800,10001.0×10?C摻雜碳點(diǎn)C,O850,11000.8×10?B/N共摻雜碳點(diǎn)B,N750,9501.2×10?近紅外吸收光譜特性是NIR-LCDs的關(guān)鍵特性之一，對(duì)其進(jìn)行深入研究和調(diào)控對(duì)于提升其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用性能具有重要意義。未來的研究可以進(jìn)一步探索新型雜原子摻雜策略、優(yōu)化碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及研究其在復(fù)雜體系中的光學(xué)行為。3.1.2近紅外熒光發(fā)射行為近紅外熒光發(fā)射是碳點(diǎn)在光致發(fā)光領(lǐng)域的重要特性之一，與傳統(tǒng)的熒光染料相比，近紅外熒光碳點(diǎn)展現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)特性。在激發(fā)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，碳點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)高量子產(chǎn)率的近紅外發(fā)射，這是由其獨(dú)特的大小可調(diào)諧的分子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)決定的。研究表明，碳點(diǎn)的近紅外熒光發(fā)射與其表面官能團(tuán)及碳核結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。近紅外熒光發(fā)射強(qiáng)度會(huì)隨著碳點(diǎn)粒徑的增大和官能團(tuán)修飾的改變而變化。此外近紅外熒光碳點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)可以通過調(diào)控其合成過程中的反應(yīng)條件、前驅(qū)體種類以及后續(xù)的表面化學(xué)修飾來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。這一特性使得近紅外熒光碳點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)成像、光學(xué)傳感器及太陽能電池等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。近期的研究進(jìn)展也表明了通過制備特定尺寸和官能團(tuán)修飾的碳點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)更加精確和高效的近紅外熒光發(fā)射行為控制。此外對(duì)于碳點(diǎn)熒光發(fā)射機(jī)理的研究也在不斷深入，這將有助于進(jìn)一步理解和優(yōu)化其近紅外熒光性能。綜上所述近紅外熒光碳點(diǎn)的合成及其性質(zhì)研究是當(dāng)前領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，其優(yōu)異的光學(xué)性能和應(yīng)用潛力使其在未來發(fā)光材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。?表：近紅外熒光碳點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)及其影響參數(shù)描述影響粒徑碳點(diǎn)的大小熒光發(fā)射波長(zhǎng)和強(qiáng)度官能團(tuán)修飾表面的化學(xué)基團(tuán)光學(xué)性能和穩(wěn)定性合成條件反應(yīng)溫度、時(shí)間等碳點(diǎn)的形成和性質(zhì)前驅(qū)體種類使用的碳源材料碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)3.1.3熒光量子產(chǎn)率測(cè)定?測(cè)定方法熒光量子產(chǎn)率的常用測(cè)定方法包括熒光光譜法、時(shí)間分辨熒光光譜法和量子產(chǎn)率測(cè)定儀等。其中熒光光譜法是最為直接的方法，通過測(cè)量樣品在特定波長(zhǎng)下的熒光強(qiáng)度，并與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熒光強(qiáng)度進(jìn)行比較，從而計(jì)算出熒光量子產(chǎn)率。時(shí)間分辨熒光光譜法則可以消除背景熒光的干擾，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。而量子產(chǎn)率測(cè)定儀則是通過專門的儀器直接測(cè)量熒光量子產(chǎn)率。?測(cè)定步驟在進(jìn)行熒光量子產(chǎn)率測(cè)定時(shí)，通常需要遵循以下步驟：樣品制備：首先，需要將NIRACDs樣品制備成適合測(cè)定的濃度和形態(tài)。常用的制備方法包括超聲分散法、離心法、模板法等。光源選擇：選擇合適的光源和探測(cè)器，確保能夠覆蓋NIRACDs的特征發(fā)射波長(zhǎng)范圍。測(cè)量條件設(shè)置：設(shè)定合適的光譜范圍、掃描速度、采樣點(diǎn)數(shù)等參數(shù)，以獲得高質(zhì)量的熒光光譜數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理：對(duì)采集到的熒光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如濾波、歸一化等，然后計(jì)算樣品的熒光強(qiáng)度和量子產(chǎn)率。?影響因素?zé)晒饬孔赢a(chǎn)率受到多種因素的影響，包括樣品的濃度、形態(tài)、光源的波長(zhǎng)和強(qiáng)度、探測(cè)器的性能以及測(cè)量環(huán)境等。為了獲得準(zhǔn)確的熒光量子產(chǎn)率數(shù)據(jù)，需要對(duì)這些影響因素進(jìn)行嚴(yán)格控制。?應(yīng)用與意義熒光量子產(chǎn)率是評(píng)價(jià)NIRACDs發(fā)光性能的重要指標(biāo)之一。通過測(cè)定不同制備條件下NIRACDs的熒光量子產(chǎn)率，可以優(yōu)化其制備工藝，提高其發(fā)光效率。此外熒光量子產(chǎn)率還可以用于NIRACDs與其他物質(zhì)的復(fù)合研究，為開發(fā)新型光電器件和生物成像探針等提供有力支持。3.2結(jié)構(gòu)與形貌特征近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與其光學(xué)性能密切相關(guān)，其核心結(jié)構(gòu)通常由sp2雜化碳核（如石墨化或多芳環(huán)結(jié)構(gòu)）和表面官能團(tuán)（如羧基、羥基、氨基等）組成。碳點(diǎn)的形貌多樣，主要包括球形、類球形、棒狀、片狀等，尺寸一般分布在1–10nm之間，具體形貌受前驅(qū)體種類、合成方法及反應(yīng)條件調(diào)控。（1）晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵合碳點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)可通過高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和X射線衍射（XRD）表征。典型碳點(diǎn)的晶格條紋間距約為0.21nm，對(duì)應(yīng)石墨碳的（002）晶面，表明其部分石墨化結(jié)構(gòu)（內(nèi)容a）。XRD譜內(nèi)容通常在2θ=24°左右出現(xiàn)一個(gè)寬峰，歸屬于無定形碳或微晶碳的衍射峰，峰的半高寬（FWHM）反映了碳點(diǎn)的石墨化程度（【公式】）：FWHM其中λ為X射線波長(zhǎng)（0.154nm），β為衍射峰半高寬（弧度），θ為布拉格角。較小的FWHM值表明較高的石墨化有序度。此外碳點(diǎn)的表面化學(xué)狀態(tài)可通過X射線光電子能譜（XPS）分析。C1s譜內(nèi)容通常分為284.6eV（C-C/C=C）、286.1eV（C-O）、287.8eV（C=O）和289.0eV（O-C=O）四個(gè)特征峰，其相對(duì)含量比例決定了碳點(diǎn)的親/疏水性及表面電荷（【表】）?！颈怼刻键c(diǎn)表面官能團(tuán)及其對(duì)性質(zhì)的影響官能團(tuán)結(jié)合能（eV）對(duì)性質(zhì)的影響C-C/C=C284.6提供熒光發(fā)射中心C-O286.1增強(qiáng)水溶性，促進(jìn)生物相容性C=O287.8調(diào)節(jié)能級(jí)結(jié)構(gòu)，影響NIR吸收強(qiáng)度O-C=O289.0提供反應(yīng)位點(diǎn)，便于功能化修飾（2）形貌與尺寸分布碳點(diǎn)的形貌可通過透射電子顯微鏡（TEM）直觀觀察。以檸檬酸和乙二胺為前驅(qū)體水熱法制備的碳點(diǎn)多呈類球形（內(nèi)容b），粒徑分布呈高斯曲線特征（【公式】）：f其中D為粒徑，μ為平均粒徑，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。例如，當(dāng)μ=3.5nm、σ=0.8nm時(shí)，碳點(diǎn)主要分布在2–5nm范圍內(nèi)，尺寸均一性較好。對(duì)于棒狀碳點(diǎn)，其長(zhǎng)徑比（L/D）可通過動(dòng)態(tài)光散射（DLS）測(cè)定，通常為5–20。形貌的各向異性可能導(dǎo)致碳點(diǎn)的偏振依賴光學(xué)特性，例如棒狀碳點(diǎn)在近紅外區(qū)的吸收強(qiáng)度隨偏振方向變化而呈現(xiàn)差異。（3）結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)碳點(diǎn)的近紅外吸收特性與其共軛π域尺寸和表面態(tài)能級(jí)密切相關(guān)。當(dāng)碳點(diǎn)的sp2碳核尺寸增大或表面含氧基團(tuán)減少時(shí)，其吸收光譜會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)（紅移），可覆蓋700–1100nm近紅外區(qū)域。此外核殼結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)（如碳核/硅殼）通過界面鈍化效應(yīng)，可有效提高近紅外發(fā)光量子產(chǎn)率（可達(dá)15–30%）。綜上，碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與形貌可通過調(diào)控前驅(qū)體、合成參數(shù)及后處理策略進(jìn)行優(yōu)化，為設(shè)計(jì)高性能近紅外碳點(diǎn)提供理論依據(jù)。3.2.1微觀形貌觀測(cè)技術(shù)在近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)制備、性質(zhì)及應(yīng)用研究進(jìn)展中，微觀形貌的觀測(cè)技術(shù)是不可或缺的一環(huán)。通過采用先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和原子力顯微鏡（AFM），研究人員能夠?qū)μ键c(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的觀察和分析。這些技術(shù)不僅提供了關(guān)于碳點(diǎn)尺寸、形狀和表面性質(zhì)的詳細(xì)信息，還揭示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成成分。為了更直觀地展示碳點(diǎn)的形態(tài)特征，研究者通常會(huì)使用高分辨率的內(nèi)容像來捕獲碳點(diǎn)的細(xì)節(jié)。例如，通過SEM技術(shù)，可以觀察到碳點(diǎn)表面的褶皺、裂紋以及可能的缺陷；而TEM則能夠揭示碳點(diǎn)內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)，包括晶體取向和晶粒大小等參數(shù)。此外AFM技術(shù)的應(yīng)用使得研究者能夠在納米尺度上對(duì)碳點(diǎn)的形貌進(jìn)行測(cè)量，從而獲得更為精確的數(shù)據(jù)。除了直接觀測(cè)外，科研人員還利用X射線衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman）和紫外-可見光譜（UV-Vis）等分析手段來輔助評(píng)估碳點(diǎn)的物理化學(xué)性質(zhì)。XRD技術(shù)可以提供關(guān)于碳點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，而Raman光譜則有助于識(shí)別碳點(diǎn)中的有機(jī)官能團(tuán)和缺陷態(tài)。UV-Vis光譜則能夠反映碳點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)，包括發(fā)射波長(zhǎng)、吸光度和熒光量子效率等關(guān)鍵參數(shù)。微觀形貌觀測(cè)技術(shù)為近紅外吸收發(fā)光碳點(diǎn)的研究提供了強(qiáng)有力的工具，使得科學(xué)家們能夠深入理解碳點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)與其性能之間的關(guān)系，從而推動(dòng)其在生物成像、藥物傳遞和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)