废弃塑料也能发“光”啦！

碳点具有出色的物理化学性能，包括生物相容性、化学稳定性、由多种前驱物制造，且低毒性和低成本，是一种有前途的新型碳基材料。碳点的潜在用途包括催化、生物成像、光电和能量转换。塑料废料对环境的危害已成为全球性问题，受到越来越多的研究关注。塑料废物对陆地、海洋、淡水生态系统和包括人类在内的大量生物构成威胁。一次性医疗器械、快餐盒和塑料瓶是常见的塑料垃圾。它们主要由聚乙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯和其他有机聚合物组成。尽管方便，但这些物体变成塑料废料，很难自然降解，因此会引起严重的污染问题，且塑料的产量每年增加几百万吨。聚苯乙烯是五种通用塑料之一，其年产量为数亿公斤。膨胀聚苯乙烯是一种惰性的烃类热塑性塑料，广泛用于包装和隔热。它的低密度使其很容易逃逸到环境中。燃烧废聚苯乙烯的便捷解决方案会造成空气污染并排放二氧化碳，这会导致气候变化。因此，需要开发一种简单方便的方法来增加这些废料的附加值。该研究工作将聚苯乙烯制成了碳点，并观察到了固态时可调的光致发光。

通过溶剂热反应，郑州大学化学院卢思宇研究组制备光致发光可调的固态荧光碳点，通过改变硝酸的加入量（5 μL，10 μL和30 μL），所制备的碳点固态发光颜色从白色变为黄色。透射电子显微镜用于表征其微观结构，这三种碳点均显示出较好的分散性和准球形结构，其平均直径分别约为4.5、3.5和2.3 nm，高分辨率透射电子显微镜图像显示，三个碳点具有相似的结晶度，平均晶格间距约为0.21 nm，对应于碳的（100）晶面。除此，从XPS的分析结果可以看出，随着硝酸体积的增加，碳点表面的氧元素含量从3.83％增加到6.02％，表明其氧化程度逐渐增加，同时在285.1和531.9 eV处逐渐增加的强度也是因为其氧化程度的增加，这与红外的结果一致。氧化程度的增加可能减小了带隙，并导致碳点发射波长发生红移。另外，随着碳点浓度从0.10 mg mL^–1增加到1.50 mg mL^–1，溶液的色度从浅蓝色逐渐变为蓝白色和黄白色，并且发射波长发生了红移。将碳点粉末分散在乙醇悬浮液中进行荧光显微镜图像显示，随着碳点聚集尺寸的增加，荧光从浅蓝色变为黄白色，这进一步证实了聚集荧光红移，最后作者将碳点封装在聚二甲基硅氧烷中制备了多色发光的发光二极管（LED）。

多色固态荧光碳点的制备，荧光光谱及多色LED

该项研究成果将为后续新碳源的开发及如何提高废弃塑料的价值研究提供了新的机遇。

文献链接：Haoqiang Song, Xuejian Liu, BoyangWang, Zhiyong Tang, Siyu Lu. High production-yield solid-state carbon dots withtunable photoluminescence for white/multi-color light-emitting diodes.  Science Bulletin, 2019, 64(23):1788-1794, doi:10.1016/j.scib.2019.10.006