전기화학적 에칭을 통해 탄소점 재조각

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3710(2023) 이 기사 인용

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축광 탄소점(C-dot)의 구조-특성 관계를 탐구하는 데 상당한 노력이 집중되고 있습니다. 이 연구는 전기화학적 에칭에 의해 유발되고 광범위한 표면 산화 및 탄소-탄소 파손을 통해 진행되는 C-점의 재조각 메커니즘을 밝혀냅니다. 이 공정은 나노입자의 점진적인 수축을 가져오고 처리되지 않은 유사체에 비해 양자 수율을 절반 이상 향상시킬 수 있습니다.

가장 유망한 나노 방출체 유형 중 하나인 탄소점(C-dot으로 약칭)은 특징적인 여기 파장 의존적 방출과 광표백에 대한 놀라운 저항성을 나타내며, 기존 중금속 기반 양자점(QD)과 유사한 성능 특성을 보여줍니다. ,2,3,4,5,6. 원소 구성 측면에서 C-점은 주로 C, H, O, N으로 구성되지만, 많은 연구에서는 표면 작용기가 분산성, 콜로이드 안정성, 광학적 특성, 독성, 생체 적합성 및 세포에서 중요한 역할을 한다고 제안합니다. 흡수7.

광발광(PL) 동작의 정확한 기원은 완전히 이해되지 않았으므로 맞춤형 C-점의 개발은 아직 해결되지 않은 과제로 남아 있습니다. 잘 정의된 C-점은 과일9, 풀10, 양모11 또는 요소12, 에탄올아민13, 구연산14, 엽산15과 같은 분자 전구체를 포함한 재생 가능한 자원8을 열처리하여 합성할 수 있습니다. 열분해로 파생된 C-점은 수성상, 고체 상태 또는 폴리머 매트릭스 내의 현장에서 생성됩니다16. 출발 물질의 특성과 그에 따른 합성 방법에 따라 C-점의 흑연화 정도는 본질적으로 무정형에서 높은 흑연까지 상당히 다양할 수 있습니다17.

위에서 설명한 원하는 특성 덕분에 C-점은 화학적 및 생물학적 감지18, 생물 이미징19, 나노의학20, 항균 코팅21, 나노 법의학22, 비료23, 에너지 변환기24 및 전기촉매25에서 체계적으로 탐구됩니다. C-점은 전기촉매, 전기 감지, 광전지, 배터리 및 발광 다이오드에 사용될 때 다양한 수준의 전기화학 전위를 경험한다고 말하면 충분합니다. 더욱이, C-점의 전기 생성은 그래핀, 흑연, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브26, 숯27로 구성된 전극의 박리(하향식 접근 방식) 또는 알코올28, 아세토니트릴29(a)와 같은 소분자 전구체의 전기산화/전기중합을 통해 발생합니다. 상향식 전략). 현재 C 도트 크기와 PL 방출을 엄격하게 제어하여 추가 적용을 촉진하는 방법이 추구되고 있습니다30,31.

이 연구에서 우리는 C-점의 구조적 특성과 광학적 특성을 획기적으로 수정하는 전기화학적으로 유발되는 메커니즘을 공개합니다. 이 공정은 전기화학적 에칭에 의존하며 광범위한 표면 산화와 탄소-탄소 결합의 파손을 통해 진행됩니다. 이를 바탕으로 나노입자 크기는 점차 줄어들고, 양자수율(QY)은 최대 640%까지 향상된다. 우리가 아는 한, 이것은 크기 조정 및 PL 방출의 정확한 제어 가능성을 제공하는 C 도트의 매우 효과적인 재구성 메커니즘의 작용에 대한 확실한 증거를 제공하는 최초의 연구입니다.

C-점의 수성 분산액의 PL 스펙트럼(SI 그림 1)은 λex가 증가하면 방출 파장(λem)이 적색편이한다는 점에서 380~500nm 범위 내에서 특징적인 λex 의존 방출 패턴을 표시합니다. 이러한 유형의 방출 모드는 공액 π-도메인의 전자 밴드갭 전이, 표면 결함 상태, 가장자리 효과 및 가교 강화 방출과 관련된 기여에 할당되었으며, 분자 발색단의 존재는 일반적으로 별개의 λex 독립 기여의 발생과 관련이 있습니다. 33,34.