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为研究不同原料对碳纳米点特征的影响，本文以柠檬酸三钠、一水合柠檬酸、苹果酸、葡萄糖为原料；
采用水热法制备碳纳米点，通过TEM、FT-IR、XRD、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱对碳纳米点进行表征，得出不同原料对制备的碳纳米点的粒径、形貌有一定的影响；
碳纳米点水溶液在365nm紫外灯照射下会发出明亮的蓝色荧光，可以通过荧光的猝灭用于离子的检测。
碳点（CarbonDots，CDs），一种粒径尺寸小于10nm的[1]类球形半导体纳米材料，其水溶液在紫外灯照射会发出明亮有色荧光。
碳点是在2004年分离单壁碳纳米管时首次发现，并在2006年被博士等首次正式命名的一类荧光纳米粒子。
使用不同的原料或是利用不同的制备方法所得到的碳纳米点具有不同的结构组成和性质。
“自下而上法”是利用小尺寸有机分子或低聚物为原料（柠檬酸、苹果酸、葡萄糖等）通过化学氧化、燃烧、模板、水热或微波等方法制备碳纳米点。
碳纳米点应用范围较广，如在化学传感器、生物传感器、生物成像、催化作用等方面的应用。
本实验所用的化学原料有柠檬酸三钠（C6H5Na3O7·H2O）、一水合柠檬酸（C6H8O7·H2O）、苹果酸（C4H6O5）、葡萄糖（C6H12O6）、尿素（H2NCONH2）、去离子水、超纯水皆为分析纯。
以柠檬酸三钠为原料时：用电子天平称量3g尿素与1g柠檬酸三钠，量取30mL去离子水与原料一并置于50mL玻璃杯中于超声波清洗器中超声震荡溶解；
取出50mL搅拌式高温高压反应釜，在高压反应釜密封圈内均匀地涂上密封油，将溶液倒入反应釜，设置温度为210℃、转速300r/min；
当温度达到210℃时开始计时，4h后停止加热并冷却反应釜；取出反应物分别装入4mL离心管于台式离心机中离心，条件设置为10、12,000r/min；
将离心后的液体取出通过砂芯过滤装置使用循环水式真空泵过滤；最后于超纯水中透析碳纳米点溶液，48h后取出，所使用的透析膜规格为500Da；
取一部分溶液装入样品瓶中做表征及后续使用；剩余溶液于40℃真空干燥箱干燥24h，得到的固体粉末保存称重待检测。
以一水合柠檬酸为碳源时所用物质的量为：一水合柠檬酸1g，尿素2g，去离子水30mL；
以苹果酸为碳源时所用物质的量为：苹果酸1.34g，尿素0.6g，去离子水30mL；以葡萄糖为碳源时所用物质的量为：葡萄糖2.03g，30mL去离子水，其余步骤同上。
利用透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope，TEM）观察并分析碳纳米点的粒径大小、形貌分布、晶格条纹等情况；
傅里叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfrared，FTIR）对碳纳米点进行表面官能团的分析[6]；紫外-可见吸收光谱分析碳纳米点的紫外吸收性能；
荧光光谱分析碳纳米点的荧光特性；X射线衍射仪（X-raydiffraction，XRD）分析碳纳米点的物相、晶格等。
利用透射电子显微镜分析碳纳米点的粒径大小、形貌分布等情况，为不同原料制备碳纳米点的TEM表征。
柠檬酸三钠为碳源制备的碳纳米点，可以看出碳纳米点形状规则，分散均匀，平均粒径约为3-4nm，结晶度较好，晶格条纹为0.29nm；
以水合柠檬酸为碳源制备的碳纳米点，可以看出碳纳米点形状不规则，有球形的、四边形的，且粒径相对柠檬酸三钠为原料制备的碳纳米点更大，团聚严重，晶格条纹不明显；
以苹果酸为碳源制备的碳纳米点，可以看出碳纳米点分散较均匀，形貌也较为均一，粒径在几纳米至十几纳米不等，晶格条纹相对不明显；
以葡萄糖为碳源制备的碳纳米点，可以看出碳纳米点无规则形貌，与图（b）以一水合柠檬酸为碳源制备的碳纳米点略有相似，粒径大小不一且团聚。
利用FT-IR分析不同原料制备的碳纳米点表面官能团情况，根据图中曲线以柠檬酸三钠为原料制备碳纳米点的傅里叶红外曲线可以看出，碳纳米点表面存在大量官能团；
在3,413cm-1附近存在-OH、-NH2的伸缩振动峰，2,934cm-1附近存在-CH的伸缩振动峰，在2,365cm-1附近存在O=C=O的伸缩振动峰；
相比以柠檬酸三钠为原料，其余三种原料制备的碳纳米点表面同样存在大量官能团，出现在大致相同的波长处，峰强弱存在差异。
碳纳米点表面大量官能团的存在使其具有良好的水溶性和稳定性，以一水合柠檬酸为原料制备碳纳米点溶液的傅里叶红外图观察到，2,934cm-1波长附近的伸缩振动峰消失。
分析不同原料制备碳纳米点水溶液的紫外吸收性能，为碳纳米点水溶液在自然光和365nm紫外灯照射下的颜色比较；
可以看出，以不同原料为碳源制备的碳纳米点水溶液在紫外灯照射下均呈现明亮的蓝色荧光；
而在自然光照射下，A、B两图水溶液为浅黄色，C图水溶液为浅绿色，D图水溶液为浅紫色。
造成该情况的原因，可能是原料的不同导致碳纳米点表面官能团的差异，或者与生成碳纳米点的粒径、形貌及分散情况等有关。
4种不同的原料制备碳纳米点的紫外-可见吸收光谱，A、B、C、D分别表示以柠檬酸三钠、一水合柠檬酸、苹果酸、葡萄糖为原料；
可以看出A与B两条线即以柠檬酸三钠与以水合柠檬酸为原料制备碳纳米点的最大吸收波长相近，分别为327、333nm，这与C=O键官能团中n→π*电子跃迁有关；
C与D两条线即以苹果酸与葡萄糖为原料制备的碳纳米点无明显的吸收峰，说明溶液中不存在共轭体系，或该体系可以忽略不计。
由于碳纳米点表面含氧基团的存在，其存在形式主要是无定型碳，峰面积越大，晶相含量越高；
水合柠檬酸为碳源制备碳纳米点的XRD的分析，在2θ=29.8°和2θ=53.4°附近也存在表明碳纳米点的宽衍射峰；
以葡萄糖为原料制备的碳纳米点XRD图谱在2θ=28.8°处也有相对尖锐的宽衍射峰；
以苹果酸为原料制备碳纳米点的XRD图谱则无明显的衍射峰，这与碳纳米点的形貌与粒径有一定关系。
实验通过4种不同的原料制备了碳纳米点，并对碳纳米点进行了透射电镜、傅里叶红外、紫外-可见吸收光谱、XRD分析通过总结对比，柠檬酸三钠为原料制备的碳纳米点效果较好，并对其进行荧光光谱分析。
可以看出最大激发波长EX为402nm，最大发射波长EM为450nm；
最大发射波长随激发波长的红移而红移，可能与碳纳米点表面缺陷有关，这种红移现象在生物成像中，可利用激发光波长的改变实现碳纳米点的多色发光性质。
以4种不同原料（柠檬酸三钠、一水合柠檬酸、苹果酸、葡萄糖）制备碳纳米点，采用水热法以210℃、300r/min的条件反应4h，对制备的碳纳米点进行表征及性能分析得出以下结论：
（1）碳纳米点的粒径、形貌等特征与制备所用的原料有关系，经过对比分析可知以柠檬酸三钠为原料制备得到的碳纳米点粒径较小、形貌均匀、晶格条纹明显、碳纳米点分散度较好；
不同碳源制备的碳纳米点傅里叶红外分析均存在大量的官能团。
（2）自然光照射下，不同原料制备碳纳米点的水溶液颜色不同，而在365nm紫外灯照射下，均为明亮蓝色荧光，其发光机理是源于碳点的纳米尺寸效应和表面态效应；
最后对效果较好的柠檬酸三钠为原料制备的碳纳米点进行了荧光光谱分析，可以看出发射波长的红移现象。
参考文献：
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