中科院长春光机所研制出可见区全谱段荧光碳纳米点,推动碳纳米点在照明器件领域的应用具有重要意义

近日，中科院长春光机所曲松楠研究员课题组首次研制出可见区全谱段荧光碳纳米点，并提出一种新的方便快捷的复合方法制备出具有高荧光量子效率的全谱段荧光碳纳米点及其复合荧光粉，该工作对于研究碳纳米点的发光机理以及推动碳纳米点在照明器件领域的应用具有重要意义。该成果发表在国际期刊《Advanced Optical Materials》（SCI影响因子6.8）上（Adv. Opt. Mater., DOI: 10.1002/adom.201700416），第一作者为田震在读博士生，通讯作者是曲松楠研究员。

图1. （a）全谱段多色碳点在日光（上）和紫外光（下）照射下的对比，（b）对应的360 nm激发下的发射光谱。

发光碳纳米点是近十年兴起的新型纳米发光材料，由于其无毒、发光性能好、生物相容性好、原料广泛等优点，引起国际上的广泛关注，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，该领域发展仍面临着两个问题：一个是缺少调控碳纳米点发光带隙的手方法，另一个是碳纳米点在固态时存在严重的聚集诱导荧光淬灭。这两个问题阻碍了碳纳米点在固态照明领域的发展应用。 

图2. 微波辅助法制备碳纳米点与硅酸钠复合材料示意图

针对该难题，曲松楠课题组通过溶剂调节原料柠檬酸和尿素的脱水碳化程度，进而调节所制备碳纳米点的尺寸，实现对碳纳米点发光带隙的调控，制备出从蓝到红的发光纳米碳点。为了克服碳纳米点在固态下的团聚，该课题组首次使用水玻璃（硅酸钠水溶液）作为基质材料，通过微波辅助快速加热并实现固化，克服了碳纳米点固态下聚集诱导荧光淬灭的问题，成功制备出荧光发射从蓝到红的碳纳米点复合材料荧光粉（荧光量子效率在30%以上），并以此实现基于碳纳米点的多色LED以及白光LED照明器件。所制备的碳纳米点白光LED显色指数达到82.4。该工作的意义在于提出了一种系统地调控碳纳米点发光带隙的方法，以及一种实现碳纳米点固态高效发光的新方法，将推动碳纳米点在生物成像及固态照明器件领域中的应用。

该工作得到了国家青年基金、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、团队项目和发光学及应用国家重点实验室重大创新项目的支持。 

图3. （a）基于碳纳米点的多色LED及白光LED，（b）制备的白光LED工作下的发射光谱及制备示意图，实物在碳纳米点基白光LED照明光源下（c）和日光下（e）效果对比，（d）图（c）使用的碳纳米点基白光LED阵列及其相关参数。