省部共建国重室刘熙俊教授概述了R-CDs(还原性碳点)合成的最新前沿进展

2024年10月10日 17:20  点击:[]

近日,我室新能源材料与器件团队刘熙俊教授发表顶刊综述全面概述了R-CDs的合成策略,优化手段以及先进应用。文章中,作者详细探讨了各种合成方法的优点和局限性,并系统地研究了R-CDs化学结构调节对其光学性能的具体影响。随后,文章进一步探讨了R-CDs的光学性能优化技术。重点讨论了包括尺寸控制、表面改性、杂原子掺杂以及溶剂选择等策略。这些优化技术不仅能够显著提高R-CDs的光学性能,同时也为开发高性能的光电和催化材料提供了新的思路和方向。此外,重点介绍了R-CDs在光催化和电催化领域的前沿应用,以及它们在传统光电设备(如白光LEDs和发光太阳能聚光器)的应用。最后,文章总结了R-CDs未来面临的挑战和应用前景。在深入讨论了R-CDs的研究现状和发展趋势后,作者们对未来的研究方向和应用前景进行了展望。从本质上讲,这篇全面的综述旨在为推动高性能下一代光电和催化材料的发展提供有益的建议和观点。相关研究成果以“Cutting-edge innovations in red carbon dots: Synthesis, perfection, and breakthroughs in optoelectronics and electrocatalysis (红色碳点的尖端创新:光电子学和电催化的合成、优化与突破)”发表在国际顶级期刊Chemical Engineering Journal上(Chemical Engineering Journal 498 (2024) 155302)。论文通讯作者为我院刘熙俊教授,相关研究得到了国家自然科学基金(22075211)项目以及广西自然科学杰出青年学者基金(2024GXNSFFA010008)的支持。

碳点(CDs)作为一类新型的荧光纳米材料,在碳材料家族中独树一帜。近年来,CDs的研究领域取得了长足的进步。与传统量子点相比,CDs因其优异的生物相容性、低细胞毒性、卓越的光诱导电子转移能力、出色的电化学性能、优异的化学稳定性、可从各种原材料中获得以及多种合成方法而受到高度评价。这些特性使得CDs成为催化、防伪、检测、生物成像、光学器件、生物医药、储能和细菌培养等领域的理想候选材料。CDs的独特微观结构和光学特性在催化和光电器件领域引起了广泛的关注。它们在光催化、电催化、发光二极管(LED)、太阳能电池、超级电容器和发光太阳能聚光器(LSC)等方面的应用前景广阔。尽管CDs具有出色的光电特性,但在某些需要更高荧光量子产率(QY)和特定波长光吸收的催化和光电应用中,CDs的利用仍受到一定限制。通常情况下,CDs在暴露于紫外线时能够发出蓝绿色光,但在较长波长下则表现出相对较低的QY,这在一定程度上限制了它们在这些应用中的性能。为了克服这些限制,红碳点(R-CDs)逐渐成为研究焦点。R-CDs具有大比表面积、光致发光、高电导率、窄半峰全宽、上转换光致发光、高荧光产率、长波长发射和强大的稳定性等优势,使得它们在催化和电子应用中展现出巨大的潜力。

本综述全面概述了R-CDs(还原性碳点)合成的最新前沿进展。文中详细介绍了多种合成策略,并对每一种策略的优缺点进行了详尽的阐述。随后,探讨了增强R-CDs光学特性的策略,包括溶剂选择、杂原子掺杂、尺寸控制和表面改性技术。此外,还讨论了R-CDs增强的光催化和电催化性能,以及它们在常见光伏设备中的潜在应用。R-CDs因其广泛的应用和独特的光学特性而在不同行业中展现出巨大的前景。

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