吉林大学杨柏教授团队：碳化聚合物点的聚集与发光

Keywords:

aggregation-induced emission

carbon dots

carbonized polymer dots

crosslink-enhanced emission effect

luminescence

文章简介

碳点（CDs）通常定义为尺寸小于10纳米的小碳纳米颗粒。作为一种新型的发光纳米材料，CDs自诞生以来就表现出许多优异的性能，如水溶性、生物相容性、可调谐光致发光、高热/光稳定性、低成本、高光致发光量子产率、环境友好性等，使其在各个领域具有潜在的应用价值，如生物医学、催化、光电子器件、防伪等。简单的合成方法也引起了极大的关注。然而，考虑到CDs的多样性，丰富的前体和多种可用的合成方法增加了理解精确化学结构和发光机理的难度。

根据对CDs结构和发光机理的不同理解，研究者们逐渐形成了三种不同的视角来理解CDs。第一点是从量子点的角度来理解CDs，量子点被视为一种半导体，认为其发光来自量子限制效应和表面缺陷。第二种方法是从石墨烯的角度理解CDs，将CDs视为通过边界态和本征态发射的纳米级石墨烯碎片。第三种方法是从交联聚合物的有机发光的角度来理解CDs的发光，认为CDs的发光来自粒子内部的生色团（共轭π域、分子荧光团和亚发光体），并通过高度交联聚合物网络的交联增强发光（CEE）效应得到加强。然而，由于CDs的多样性，不同的合成路径将赋予CDs完全不同的特性。因此，根据不同的结构和性质，CDs可分为碳量子点（CQD）、石墨烯量子点（GQD）和碳化聚合物点（CPD）。

图1. 碳化聚合物点的发光和聚集

CPD通过“自下而上”的方法聚合、交联和碳化小分子、聚合物或生物质，具有碳化和交联聚合物杂化的纳米结构，同时具备碳材料和有机发光材料的特性。然而，由于复杂的反应过程和缺乏合适的表征方法，对于CPD的确切结构和发光机理仍存在许多争议。过去，人们从碳纳米材料的角度对CPD进行了更多的研究，并取得了许多进展。本综述中，作者试图从有机发光体的聚集行为，或更具体地说，碳化交联聚合物纳米粒子的角度评估CPD的发光。首先，综述了有机发光材料的聚集和发光的相关讨论，包括聚集导致猝灭（ACQ）、聚集诱导发光（AIE）和团簇触发光（CTE）。详细研究CPD内的生色团（共轭π-结构域、分子荧光团和亚发光体）以及CEE作用的重要性，指出了不同发光中心之间的相互作用，特别强调了高度交联聚合物网络的重要性。在此基础上，总结了聚集体状态下CPD的一些特殊发光行为，包括浓度依赖荧光、抗猝灭固态荧光和聚集诱导室温磷光。最后，提出了CPD未来面临的挑战和展望。本综述为从聚集体角度理解CPD的发光机制提供了一个新的视角。

以上综述以“Aggregation and luminescence in carbonized polymer dots”为题发表于Aggregate 期刊，论文第一作者和通讯作者分别为吉林大学的Chunyuan Kang和杨柏教授。

通讯作者

杨柏，吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室教授，教育部长江学者特聘教授。1999年获国家杰出青年基金支持并终评优秀；2010年作为第一完成人获国家自然科学二等奖。发表论文600余篇（Web of Science），被引用频次近 38000 余次（H因子92）。他的研究兴趣包括碳点的合成、纳米结构和特性、光电子材料和通过水方法制备的器件、高性能聚合物混合光学材料以及光子响应材料用聚合物微结构的有序制造。

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《聚集体（英文）》（Aggregate）创刊于2020年，是由华南理工大学、广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院、Wiley 出版社三方合作创办的开放获取式英文学术期刊（双月刊）。本刊致力于报道出版“聚集”过程中的基础和应用研究的前沿科学，包括但不限于材料、化学、物理、生物以及应用工程等领域。聚集体科学研究范围广泛，单分子层次之上均可视为聚集体。

特别是功能材料、化学、物理、生物技术、生命科学以及应用工程等领域的重要进展，为学术界搭建一个交流思想和意见的新平台，去分享聚集体研究的新发现和新突破，讨论聚集体研究的挑战和机遇。期刊于2023年获得首个影响因子18.8，JCI指数1.47，先后收录于DOAJ、ESCI、CAS等数据库。