近日，中科院长春光机所曲松楠研究员（第六批会员）课题组首次研制出高载负量、高荧光亮度的碳纳米点@二氧化硅复合凝胶。该工作利用碳纳米点表面大量的羟基官能团引发正硅酸乙酯水解，在碳纳米点表面原位包覆二氧化硅。在高浓度的碳纳米点乙醇溶液中，实现具有高载负量、高荧光亮度的碳纳米点@二氧化硅复合凝胶，并可进一步获得荧光效率高达41%的干凝胶粉体材料，在开发基于碳纳米点的发光器件领域具有重要的应用前景。该成果发表在国际期刊《Chemistry of Materials》（SCI影响因子9.4）上（Chem. Mater., DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b05375），第一作者为周鼎助理研究员。该工作获得了国家青年基金、中科院卓越青年科学家项目、中科院青促会、吉林省中青年科技创新领军人才及团队项目和发光学及应用国家重点实验室重大创新项目等项目的支持。
图1、碳纳米点@二氧化硅复合材料的（a）荧光量子效率、（b）荧光强度、（c）荧光寿命随碳纳米点乙醇溶液浓度的变化曲线。 发光碳基纳米点是近几年发展起来的新型碳基纳米发光材料。大量研究表明其具有无毒、生物相容性好、制备简单、光稳定性好等诸多优点，进而引起国际上的广泛关注，被认为是可能改变未来照明世界的八种发光新材料技术之一，其在生物成像、传感、催化、激光、光电器件及照明等领域具有潜在的应用。然而，基于碳纳米点的固态发光材料发展遇到瓶颈，主要问题是碳纳米点在固态时存在严重的因聚集引起荧光淬灭。虽然已有报道证明在碳纳米点低载负量的复合体系下，可以得到高的荧光量子效率，但是当提高碳纳米点载负量时，荧光量子效率却会大幅降低，不能应用于高亮度的照明器件。因此，如何在高载负量的碳纳米点体系下实现高的荧光量子效率，进而实现高亮度的发光，已成为碳纳米点在发光器件中应用的关键。 
图2、不同浓度的碳纳米点与二氧化硅形成复合材料的制备过程示意图 我们利用碳纳米点表面具有的大量羟基官能团引发正硅酸乙酯水解，可原位包覆二氧化硅的方案，制备出碳纳米点与二氧化硅的复合材料。研究中发现，当碳纳米点乙醇溶液浓度较低时，得到的是碳纳米点@二氧化硅复合纳米粒子。由于碳纳米点在复合纳米粒子中载负量较低，呈单分散状态，因而其荧光量子效率较高，但是荧光强度很弱。当增加碳纳米点乙醇溶液浓度时，虽然复合材料中载负量增加，但是由于制备过程中碳纳米点之间相互碰撞几率增大，导致聚集，使得最终获得的复合纳米粒子的荧光效率下降。但在高浓度的碳纳米点乙醇溶液中，由于碳纳米点在短时间内引发正硅酸乙酯水解，因而使得碳纳米点在尚未聚集时，即在碳纳米点表面原位复合二氧化硅，进而形成凝胶。该碳纳米点@二氧化硅复合干凝胶粉末荧光量子效率高达41%，同时碳纳米点在材料中的质量分数为19.2 wt%，进而实现高载负量、高荧光量子效率复合材料的合成。同时，这种制备方法也适用于表面同样具有丰富羟基的蓝光碳纳米点，进而得到高荧光亮度的蓝光碳纳米点@二氧化硅复合凝胶。基于高载负量以及强荧光性质，该复合材料可以作为颜色转换层应用于发光二极管照明光源（LEDs）中，制备出白光LEDs，有望成为新一类的高效固态发光照明材料。 
图3、碳纳米点@二氧化硅复合凝胶的（a1和a3）室光及（a2和a4）紫外光下照片。（b）冻干后所得干凝胶的荧光发射光谱及（c）紫外光下照片。干凝胶的（d）扫描与（e）透射电镜照片。 
图4、（a）基于碳纳米点@二氧化硅高效复合材料制备出的体相材料在紫外光下照片。（b）颜色转换层材料为碳纳米点与二氧化硅高效复合材料的发光LEDs的（b）发光光谱和（c）照片。 文章链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.6b05375 图片摘要： 
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