中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)研究中心吳驪珠團(tuán)隊(duì)發(fā)展了高結(jié)晶性發(fā)光碳點(diǎn)的通用合成方法。研究人員利用低熔點(diǎn)ZnCl₂在有機(jī)溶劑的溶解性和路易斯酸性，使含氧和氮元素的有機(jī)分子前體受熱脫水、碳化，在較低溫度下制備了系列熒光碳點(diǎn)，從藍(lán)色到橙紅色發(fā)光碳點(diǎn)可通過有機(jī)分子前體的結(jié)構(gòu)和組合進(jìn)行調(diào)控。如圖1所示，當(dāng)單一8-羥基喹啉為前體時(shí)所得發(fā)光碳點(diǎn)為藍(lán)綠色，單一對(duì)苯二胺為前體時(shí)所得發(fā)光碳點(diǎn)為黃綠色，而以8-羥基喹啉和對(duì)苯二胺的組合為前體時(shí)所得發(fā)光碳點(diǎn)為橙紅色。由于ZnCl₂易溶于乙醚等有機(jī)溶劑，高結(jié)晶發(fā)光碳點(diǎn)能夠通過簡單的沉淀-過濾分離純化，合成收率超過50%，并進(jìn)行克級(jí)的放量制備。

借助高分辨透射電鏡、球差電鏡、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜、紫外光電子能譜、X-射線光電子能譜、核磁、紅外、拉曼譜等表征手段，研究人員確認(rèn)所得碳點(diǎn)具有硬核-軟殼的結(jié)構(gòu)，粒徑均勻，大小為4~6 nm。碳點(diǎn)的硬核具有高結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，而軟的外殼含有羥基、羧基等活性官能團(tuán)。光譜研究表明碳點(diǎn)發(fā)光可覆蓋整個(gè)可見光區(qū)域，藍(lán)、綠、黃、橙四種典型碳點(diǎn)在339 nm處的吸光系數(shù)為15.4~23.7 L g^–1 cm^–1，發(fā)光量子效率高達(dá)39%。能態(tài)結(jié)構(gòu)分析表明發(fā)光碳點(diǎn)的導(dǎo)帶電位+1.45~1.82 V，價(jià)帶電位–0.65~0.94 V，能帶在2.1~2.8 eV區(qū)間。

得益于獨(dú)特的硬核-軟殼結(jié)構(gòu)，高結(jié)晶性發(fā)光碳點(diǎn)在可見光激發(fā)下能夠高效產(chǎn)生超氧陰離子自由基（O₂^?–），量子效率高達(dá)1.08%，在光動(dòng)力治療和光催化反應(yīng)等方面表現(xiàn)出色。一方面，發(fā)光碳點(diǎn)光毒性高和暗毒性低，對(duì)于腫瘤細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)和荷瘤小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)具有優(yōu)秀的光動(dòng)力治療效果；另一方面，發(fā)光碳點(diǎn)可見光響應(yīng)強(qiáng)和溶解性好，對(duì)于可見光催化的有機(jī)轉(zhuǎn)換具有顯著提升，借助微流控裝置，發(fā)光碳點(diǎn)10分鐘即可使模型藥物米非司酮的衍生化反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到90%。

綜上，這一研究成果提供了規(guī)模制備高結(jié)晶發(fā)光碳點(diǎn)的新方法，并為設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的碳材料及其實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。