长春光机所研制出橙红光波段最高荧光量子效率的碳纳米点

近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员曲松楠课题组研制出橙红光波段荧光量子效率高达46%的碳纳米点，为国际上最高值。该成果发表在国际期刊《先进材料》上（Adv. Mater.，2016，DOI:10.1002/adma.201504891）。

发光碳纳米点是近十年兴起的新型纳米发光材料，其无毒、发光性能好、生物相容性好、原料广泛等优点，引起国际上广泛的关注。该领域发展面临的瓶颈是缺少调控碳纳米点发光带隙的手段和增强其荧光量子效率的方法。目前，碳纳米点在蓝光和绿光波段已实现较为高效的发光，但在可见区长波长波段，特别是橙光到红光波段，缺少高效率发光的碳纳米点。目前，国际上报道的碳纳米点在橙光到红光波段的最高荧光量子效率为24%。

长春光机所曲松楠课题组自2012年以来主要开展碳纳米点带隙可调控的高效发光和激光工作。研制出在绿光波段高效本征发光的碳纳米点（Angew. Chem. Int. Ed.，2012，51，12215），率先实现碳纳米点在绿光波段的光泵激光（Adv. Funct. Mater.，2014，24，18），成功研制出具有喷水荧光打印功能的超碳纳米点（Adv. Mater.，2015，27，1389，）等一系列原创性工作。该课题组在前期工作的基础之上，进一步发展了调控碳纳米点发光带隙的方法，通过调控尿素和柠檬酸组装体的缩聚程度，以DMF为溶剂的溶剂热反应，使碳纳米点的吸收谱带拓展到绿光波段，通过进一步的金属阳离子钝化表面缺陷态处理，实现碳纳米点在橙红光波段荧光量子效率高达46%的荧光发射。以该碳纳米点与淀粉复合，研制出基于碳纳米点的橙红光荧光粉，并以此实现基于碳纳米点的暖白光LED照明器件（图2）。该工作突破了碳纳米点在可见区长波长波段难于实现高效发光的难题，将推动碳纳米点在生物医疗及光电器件领域中的应用。

曲松楠课题组在发光碳纳米点领域的研究获得中科院卓越青年科学家项目、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的支持。

图1.橙红光碳纳米点的原子力图（a），透射电镜图（b），高分辨透射电镜图（c）和共聚焦图（d）。

图2.碳纳米点@淀粉复合荧光粉在荧光显微镜下的荧光照片（a）和在紫外灯下的照片(b)；以碳纳米点@淀粉复合荧光粉制备的暖白光LED器件的照片（c），在工作状态下的发光照片（d），工作下的发光光谱（e）和色坐标图（f）。

图3.橙红光碳纳米点的结构示意图