中南大学纪效波、侯红帅， Materials today综述：从材料化学角度阐述碳点的发展- 大数跨境

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中南大学纪效波、侯红帅， Materials today综述：从材料化学角度阐述碳点的发展

科学材料站

2021-08-24

导读：本文从碳点的概念与分类、碳点及其衍生材料的设计原理及碳点基材料的应用等角度对于碳点领域进行了总结。

文章信息

从材料化学角度阐述碳点的发展

第一作者：李硕

通讯作者：侯红帅*

单位：中南大学

研究背景

经过十余年的发展，碳点材料凭借其独特且优异的理化性能，成为继富勒烯、碳纳米管以及石墨烯之后的另一“明星”碳纳米材料。碳点兼具了碳纳米材料以及传统量子点的优势，例如光学性质优异、低毒性、生物相容性好等，因此在众多领域具有良好的应用前景，相关论文数量近年来呈指数增加，各种合成方法被相继开发。

随着目前碳点领域的研究逐步深入，人们对于碳点材料的设计及性能提出了更高的要求。为推动碳点材料领域实用化发展，从材料化学角度系统地阐释碳点材料的构效关系、设计机理以及发展方向便显得十分重要。

文章简介

基于此，来自中南大学化学化工学院纪效波、侯红帅课题组从碳点的概念与分类、碳点及其衍生材料的设计原理及碳点基材料的应用等角度对于碳点领域进行了总结。在国际顶级材料期刊《Materials today》上发表了题为“The development of carbon dots: From the perspective of materials chemistry”的论文。

本文要点

要点一：碳点材料发展历史的阐述

如图1所示，按照时间维度来划分，碳点的发展历程可大致划分为发现阶段(2004-2006)、初期发展阶段(2006-2011)以及快速发展阶段(2011-至今)三个阶段，并对各阶段的发展重点有所不同。发现阶段是指碳点的发现和定义的早期研究过程，从此碳点便作为一种全新的碳纳米材料进入大众视野。但是此时碳点领域的相关构效关系理论及概念仍有待探索。

基础发展阶段中，研究人员逐步对于碳点的构效关系、制备方法以及潜在应用进行了探索，为后期碳点的发展奠定了坚实的基础。自2011年之后，碳点相关的论文数量呈指数增长，碳点的应用领域进一步地拓宽，而且研究人员碳点实用化进程也在稳步进行。

图1 碳点材料的发展历程

要点二：碳点分类

目前碳点的主流分类方式是按照碳点碳核的不同分为石墨烯量子点、碳量子点、碳纳米点以及碳化聚合物点四类。然而，氮化碳量子点，特别是C3N4氮化碳量子点，凭借其独特的结构特性近年来受到了广泛的关注。

基于此，本文将碳点分为石墨烯量子点、氮化碳量子点、碳量子点、碳纳米点以及碳化聚合物点五类（如图3），并按照依次介绍了不同类型碳点的结构特征及适合的应用范围，对于碳点的精准合成及应用具有一定的借鉴意义。

图2碳点的分类

要点三：碳点及其复合材料的设计策略

目前部分碳点及其复合材料的制备往往是基于大量的试错过程，缺乏规律性、目的性的设计指南。

基于此，本文结合现有研究人员的研究成果，系统分析了碳点及其复合材料制备过程中的调控因素，比较了各种碳点及其复合材料材料制备手段的优缺点，总结了碳点在其复合材料之中所起到的若干功能。进一步地，对于碳点材料的主流应用进展进行总结，对碳点材料新型的应用方向进行了说明。

要点四：前瞻

最后，结合碳点领域的现有瓶颈，本文对于碳点材料未来的研究方向提出了四点展望，特别对于碳点材料的宏量制备等实用化问题进行了探讨。相信在众多科研人员的不懈努力下，碳点材料一定会广泛应用到人类社会，绽放其闪耀的光芒！

文章链接

The development of carbon dots: From the perspective of materials chemistry

https://authors.elsevier.com/c/1dcXE_V9BSraYn

通讯作者介绍

侯红帅，中南大学化学化工学院副教授，中国科协“青年人才托举工程”、国家“博士后创新人才支持计划”入选者，湖南省优秀青年基金获得者，湖南省“优秀博士论文”获得者。

英国皇家化学会会员（MRSC），《Frontiers in chemistry》客座编辑，《SmartMat》、《Rare Metals》、《稀有金属》青年编委。主要从事碳点的宏量制备、精细调控及其储能应用的研究。近年来，发表SCI论文100余篇，其中以第一/通讯作者在Advanced Materials、Materials Today、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Advanced Science、Nano Energy、Science Bulletin、Energy Storage Materials、Small等刊物上发表论文40余篇。论文总被引用9000余次，H指数56，单篇研究论文最高被引用800余次。申请中国发明专利57项，授权37项。主持国家自然科学基金2项，省部级科研项目5项，参加国家重点研发计划2项。