## Preparation and Application of Fluorescent Carbon Dots

Yang Yaru, Lu Feng, Hu Min,, Wu Youshen, Xiang Dan, Gao Peihong, Zhang Wen

Abstract

The paper designed a chemical experiment based on carbon dots which own excellent fluorescence properties. Students need to synthesize blue and green carbon dots through "bottom-up" method, search the relationship between fluorescence excitation spectra and fluorescence emission spectra, measure the fluorescence quantum yield by comparing with a reference fluorophore, explore the changes of fluorescence spectra at different concentrations and pH, and apply the carbon dots to anti-counterfeit materials. All these will make students have a good command of fluorescence principle, such as fluorescence excitation spectrum, fluorescence emission spectrum, fluorescence quantum yield, Stokes shift and the factors that influence fluorescence. We also encourage students to apply the knowledge they have learned to their daily life.

Keywords： Fluorescent carbon dots ; Fluorescence quantum yield ; Stokes shift ; Fluorescence spectrum ; Fluorescence ink

Yang Yaru. Preparation and Application of Fluorescent Carbon Dots. University Chemistry[J], 2021, 36(8): 2009038-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202009038

## 1 实验目的

(1)掌握“自下而上”法制备荧光碳点，理解荧光的产生机制；

(2)熟练掌握荧光分光光度计的使用方法和相对荧光量子产率测定方法；

(3)探索荧光激发光谱和荧光发射光谱的关系，以及溶液浓度和pH对荧光发射强度的影响；

(4)掌握采用origin数据软件对实验数据作图分析。

### 2.3 荧光量子产率

$Y_{\mathrm{f}}=\frac{\text { 发射的光量子数 }}{\text { 吸收的光量子数 }}$

$Y_{\mathrm{u}}=Y_{\mathrm{s}} \cdot \frac{F_{\mathrm{u}}}{F_{\mathrm{s}}} \cdot \frac{A_{\mathrm{s}}}{A_{\mathrm{u}}} \cdot \frac{n_{\mathrm{u}}^{2}}{n_{\mathrm{s}}^{2}}$

### 4.1 荧光碳点的制备

(1)分别称取0.2 g柠檬酸铵和0.2 g尿素，用研钵充分研磨，将研磨后的粉末转移至坩埚中，在200 ℃下反应1 h，将反应后的产物溶于50 mL去离子水中，离心(12000 rpm，20 min)，即可得到GC-dot溶液，冻干备用。

(2)称取1.25 g柠檬酸，量取0.5 mL多乙烯多胺和10 mL去离子水于坩埚中，搅拌使其混合均匀，在200 ℃下加热1 h，将产物溶于水，再经过离心(12000 rpm，20 min)，即可得到BC-dot溶液，冻干备用。

#### 4.2.1 荧光激发与荧光发射光谱

(1)选择450 nm左右的光为激发光，测定470–670 nm波长范围内的稀释100倍的GC-dot溶液荧光发射光谱，选择最大发射波长λem为发射光，测定300–550 nm范围内的荧光激发光谱，在最大激发波长λex处，GC-dot溶液有最大荧光激发强度，并在此最大激发波长λex下，扫描荧光发射光谱，此时在最大发射波长处碳点溶液的荧光发射强度最大。

(2) BC-dot的荧光激发光谱与荧光发射光谱的测定同理，不同之处在于初始激发光为380 nm左右，荧光发射光谱的测定范围为400–650 nm，荧光激发光谱的测定范围为300–450 nm。

#### 4.2.2 相对荧光量子产率的测定

(1)配制浓度约为5 × 10-6 mol·L-1 R6G乙醇溶液，测定其在405 nm波长处的吸光度。用去离子水稀释碳点溶液，使其分别在405 nm波长处具有与R6G乙醇溶液近似的吸光度。

(2)在405 nm激发波长下，分别测定R6G乙醇溶液、稀释后的GC-dot溶液、稀释后的BC-dot溶液和稀释后的RC-dot溶液在415–700 nm波长范围内的荧光发射强度，绘制成曲线，计算相应的积分荧光强度，将其值带入式(2)中计算。

### 图5

 试剂 荧光积分强度(F) 溶剂折射率(n) 荧光量子产率(Y) R6G 241988.278 1.3618 0.95 GC-dot 135569.207 1.3330 0.51 BC-dot 133608.789 1.3330 0.50

## 参考文献 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

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