LUMiSizer®表征碳量子點(diǎn)材料在不同離子濃度下的穩(wěn)定性

蹭一波熱點(diǎn)，引文“北京時(shí)間10月4日17時(shí)45分許，瑞典h家科學(xué)院宣布，將2023年諾貝爾化學(xué)獎授予美國麻省理工學(xué)院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美國哥倫比亞大學(xué)教授路易斯·E·布魯斯(Louis E. Brus）和美國納米晶體技術(shù)公司前科學(xué)家阿列克謝·伊基莫夫(Alexei Ekimov)，以表彰他們在發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)（quantum dots）方面作出的貢獻(xiàn)。"下文是對量子點(diǎn)材料在不同離子濃度下的穩(wěn)定性的評估。

量子點(diǎn)（Quantum Dot）又稱為半導(dǎo)體納米晶體，由數(shù)百或者數(shù)千原子組成的直徑小于20nm(納米,10-9米)的晶體顆粒。最常見的量子點(diǎn)由II - VII族、III - VI族或I - III - VII族元素組成。量子點(diǎn)具有光學(xué)性能，其中之一便是不同尺寸的量子點(diǎn)會發(fā)出不同顏色的光，其發(fā)光顏色可以覆蓋從藍(lán)光到紅光的整個(gè)可見區(qū)，具有色純度高、壽命長、穩(wěn)定性好、可定制顏色等特點(diǎn)。事實(shí)上，量子點(diǎn)技術(shù)早已在顯示產(chǎn)業(yè)應(yīng)用落地。并且，顯示只能算量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用的一道“開胃菜"，未來，生物成像、傳感器、太陽能電池、載藥等都將成為量子點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用落地場景。通常，制造量子點(diǎn)的材料是有毒的硫化鎘，而鎘制造的量子點(diǎn)的商業(yè)應(yīng)用前景不廣。但是碳量子點(diǎn)的出現(xiàn)讓量子點(diǎn)的應(yīng)用場景一下子開闊了起來，而且拓寬了我們對碳這種元素的認(rèn)識。碳量子點(diǎn)是2004年才被發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)者是南卡羅萊納大學(xué)的一位叫做 Xiaoyou XU 的華裔化學(xué)家。

為探究CQD在不同離子濃度下的穩(wěn)定性，分別準(zhǔn)備以下4種樣品：新鮮合成的 CQD、再分散在去離子水中的CQD、再分散在API鹽水（8 wt% NaCl and 2 wt% CaCl2）中的CQD以及通過層析柱實(shí)驗(yàn)收集的CQD樣品（Effluent sample）。

穩(wěn)定性表征：

通過記錄穿過樣品的近紅外光(NIR)的傳輸來表征幾種CQD懸浮液對高鹽度的穩(wěn)定性，樣品由LUMiSizer® 611離心分析。將懸浮液（0.5 mL）填充到光程為 2 mm 的PA管中，然后以2800 rpm（光因子 1、40 °C、865 nm NIR）離心約 47 分鐘，相當(dāng)于自然存放32天。通過“stability analysis"和“front tracking analysis"功能模塊計(jì)算CQD的不穩(wěn)定指數(shù)和沉降速度。值得注意的是，在近紅外光下，量子點(diǎn)激發(fā)發(fā)射不會給檢測到的光傳輸帶來誤差，因?yàn)楫?dāng)激發(fā)波長高于460 nm時(shí)，熒光強(qiáng)度可以忽略不計(jì)。

通過 LUMiSizer® 對四種類型的樣品進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。圖A至圖C的結(jié)果表明，所有檢測的樣品都是穩(wěn)定的并且不穩(wěn)定指數(shù)較低。相應(yīng)地，透光率曲線顯示所有樣本隨時(shí)間的變化可以忽略不計(jì)。在圖A中，分散在API鹽水中的CQD在以2800rpm的轉(zhuǎn)速離心47分鐘后僅表現(xiàn)出不穩(wěn)定指數(shù)的小幅增加，相當(dāng)于實(shí)時(shí)32天。合成后原始CQD的不穩(wěn)定指數(shù)也很小，但仍比API鹽水中的不穩(wěn)定指數(shù)高很多。這意味著，與分散在去離子水中的CQD的穩(wěn)定性指數(shù)（具有第二高的不穩(wěn)定指數(shù)（圖B）和最高的沉降速度（圖C））相比，離子（Na⁺和 Ca²⁺）實(shí)際上促進(jìn)了CQD分散在API鹽水中的穩(wěn)定性并產(chǎn)生z低的不穩(wěn)定指數(shù)和沉降速度。流過層析柱的多孔介質(zhì)稍微增加了CQD的不穩(wěn)定指數(shù)，但它仍然保持了良好的穩(wěn)定性，如圖C中的低沉降速度所示。