近日，中科院長春光機所曲松楠研究員課題組首次研制出可見區(qū)全譜段熒光碳納米點，并提出一種新的方便快捷的復合方法制備出具有高熒光量子效率的全譜段熒光碳納米點及其復合熒光粉，該工作對于研究碳納米點的發(fā)光機理以及推動碳納米點在照明器件領域的應用具有重要意義。該成果發(fā)表在國際期刊《Advanced Optical Materials》（SCI影響因子6.8）上（Adv. Opt. Mater., DOI: 10.1002/adom.201700416），第一作者為田震在讀博士生，通訊作者是曲松楠研究員。

圖1. （a）全譜段多色碳點在日光（上）和紫外光（下）照射下的對比，（b）對應的360 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。

發(fā)光碳納米點是近十年興起的新型納米發(fā)光材料，由于其無毒、發(fā)光性能好、生物相容性好、原料廣泛等優(yōu)點，引起國際上的廣泛關注，其在生物成像、傳感、催化、激光、光電器件及照明等領域具有潛在的應用。然而，該領域發(fā)展仍面臨著兩個問題：一個是缺少調(diào)控碳納米點發(fā)光帶隙的手方法，另一個是碳納米點在固態(tài)時存在嚴重的聚集誘導熒光淬滅。這兩個問題阻礙了碳納米點在固態(tài)照明領域的發(fā)展應用。

圖2. 微波輔助法制備碳納米點與硅酸鈉復合材料示意圖

針對該難題，曲松楠課題組通過溶劑調(diào)節(jié)原料檸檬酸和尿素的脫水碳化程度，進而調(diào)節(jié)所制備碳納米點的尺寸，實現(xiàn)對碳納米點發(fā)光帶隙的調(diào)控，制備出從藍到紅的發(fā)光納米碳點。為了克服碳納米點在固態(tài)下的團聚，該課題組首次使用水玻璃（硅酸鈉水溶液）作為基質(zhì)材料，通過微波輔助快速加熱并實現(xiàn)固化，克服了碳納米點固態(tài)下聚集誘導熒光淬滅的問題，成功制備出熒光發(fā)射從藍到紅的碳納米點復合材料熒光粉（熒光量子效率在30%以上），并以此實現(xiàn)基于碳納米點的多色LED以及白光LED照明器件。所制備的碳納米點白光LED顯色指數(shù)達到82.4。該工作的意義在于提出了一種系統(tǒng)地調(diào)控碳納米點發(fā)光帶隙的方法，以及一種實現(xiàn)碳納米點固態(tài)高效發(fā)光的新方法，將推動碳納米點在生物成像及固態(tài)照明器件領域中的應用。

該工作得到了國家青年基金、中科院卓越青年科學家項目、中科院青促會、吉林省中青年科技創(chuàng)新領軍人才、團隊項目和發(fā)光學及應用國家重點實驗室重大創(chuàng)新項目的支持。

圖3. （a）基于碳納米點的多色LED及白光LED，（b）制備的白光LED工作下的發(fā)射光譜及制備示意圖，實物在碳納米點基白光LED照明光源下（c）和日光下（e）效果對比，（d）圖（c）使用的碳納米點基白光LED陣列及其相關參數(shù)。