近期，国际学术期刊《Journal ofMaterials Science》，在线发表了东北农业大学理学院冯志彪教授课题组的题为“Fluorescent carbon dots with two absorption bands：luminescence mechanism and iondetection”的研究论文。

碳量子点是一种粒径小于10 nm，具有光致发光性质的准球形纳米碳颗粒。在2004年，Xu等通过电泳的方法纯化单壁碳纳米管时首次得到具有光致发光特性的碳量子点。在随后的十年里，碳量子点迎来了蓬勃的发展。与传统的半导体量子点和有机荧光染料相比，不仅有相媲美的荧光性能，还拥有许多传统量子点不具备的优良性能，比如成本低、良好的水溶性、化学稳定性、表面易修饰、良好的光稳定性、低生物毒性等，因此，碳量子点被广泛应用到分析检测，生物传感和生物成像等方面。近年来，人们对碳量子点发光机理做了大量的研究。从合成方法、合成条件和原料选择等方面做了深入探讨。报道了不同的发光机理，可能的原因是不同原料、表面钝化剂或制备方法都会对碳量子点的结构和光致发光性能产生很大的影响。因此，我们认为碳量子点不具有统一的发光机理，只能视具体情况而定。荧光碳量子点的发光机理一直不够明确的一个原因是缺乏有效的表面基团研究手段。这影响了碳量子点结构与发光机理之间对应关系的研究。只有明确表面官能团在发光过程中的作用，才能明确发光机理，并按需求调节碳量子点的发光特性，提高离子检测中的选择性和敏感度。

该研究以柠檬酸为碳源，乙二胺为钝化剂合成碳量子点。使用高分辨透射电镜研究了碳量子点的形貌粒径，尺寸均匀，在4-8 nm之间，并且分散性良好，可以很好的分散在水溶液中。具有良好的晶格结构，其晶格间距为0.241 nm，是典型的石墨烯结构。使用紫外分光光度计和荧光光谱仪研究了碳量子点的光学性质，发现其具有两个特征吸收峰，并且没有激发波长依赖性。红外光谱仪和X射线光电子能谱分析研究了碳量子点的结构，结果表明碳量子点含有羟基，席夫碱，酰胺，氨基，羧基/羰基等官能团。将茚三酮和不同的金属离子作为猝灭剂研究了碳量子点的表面结构。通过研究其光学性质和结构，确定了碳量子点表面基团与发光机理之间的关系：表面含氮基团与碳核形成大的共轭体系，表面基团吸收光子激发出电子，通过共轭体系将电子转移到碳核，与空穴复合并发光。即表面基团决定吸收波长，碳核决定发射波长。这一结论提供了一种可能，即选择不同的表面钝化剂，改变表面N原子所连接基团，可能实现激发波长的调制和对特定离子的选择性测试。而荧光发射波长，可以通过调整量子点碳核结构来实现。

论文的第一作者为冯志彪教授，第二作者为硕士研究生李泽亮，通讯作者为周楠副教授。