Les points de carbone (CD) sont de nouveaux nanomatériaux de photoluminescence (PL) à base de carbone avec un motif cœur-coquille. En raison de leurs avantages fascinants, tels que l'inertie chimique, les rendements quantiques élevés (QY), la solubilité élevée dans l'eau, la stabilité thermique et l'excellente biocompatibilité, les CD ont attiré une attention considérable dans diverses applications de recherche, telles que le diagnostic du cancer, la photothérapie et les dispositifs optoélectroniques. Cependant, les phénomènes PL sous-jacents des CD restent un mystère en raison de la polydispersité des produits et de la difficulté à déterminer leurs structures atomiques.

Dans un nouvel article publié dans Light Science &Application , une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Siyu Lu et Yuxi Tian du Collège de chimie de l'Université de Zhengzhou et de l'École de chimie et de génie chimique de l'Université de Nanjing, en Chine, et leurs collègues ont développé une approche innovante pour étudier le processus de formation et le mécanisme de fluorescence des CD à émission rouge à base d'o-phénylènediamine.

À cette fin, ils ont conçu six CD d'émission rouge en utilisant différentes méthodes de préparation, et tous présentaient les mêmes spectres d'absorption et de PL après purification. La caractérisation de leurs structures par une série d'essais montre qu'ils ont des structures à cœur de carbone similaires, tandis que la caractérisation spectrale a confirmé les différents états de surface des CD. De plus, la spectroscopie d'absorption transitoire (TA) combinée à la technologie de spectroscopie PL à une seule particule a confirmé que l'émission rouge provenait de la transition de différents niveaux d'énergie vibratoire dans le même centre PL.

Enfin, des calculs théoriques combinés à une analyse thermogravimétrique ont confirmé le processus de formation de telles CD. Par conséquent, ce travail propose une méthode systématique d'analyse du mécanisme d'émission des CD à émission rouge, qui peut être utilisée comme guide pour l'analyse de la structure et du mécanisme d'autres types de CD.

La présence de régions aromatiques et de certaines régions non conjuguées dans les CD prouve la structure hybride, c'est-à-dire que ces structures conjuguées et non conjuguées existent à la fois dans le noyau de carbone et dans une enveloppe polymère. Ces scientifiques résument qu'il n'y a pas de frontière claire entre le noyau de carbone et la coque de surface des CD, mais la "densité" des deux parties est différente. Il y a plus de structures conjuguées dans le noyau de carbone et plus de chaînes polymères dans la coque.

De plus, ces scientifiques ont confirmé leurs affirmations en utilisant plusieurs caractérisations :

1. La spectroscopie de différence dépendante de la décroissance montre les mêmes résultats pour quatre échantillons, ce qui prouve que les processus photophysiques sont les mêmes pour les quatre CD. Les résultats d'ajustement des CD étaient similaires et les porteurs passaient par le même canal de relaxation.
2. Les spectres PL à une seule particule ont montré que tous les spectres de CD individuels étaient très cohérents avec le spectre d'ensemble, indiquant que l'émission multimodale des CD provenait d'elle-même, plutôt que de la superposition de plusieurs espèces luminescentes.
3. La spectroscopie Raman dépendante de la température prouve directement que les CD sont une nouvelle espèce, différente des points quantiques et des molécules organiques, qui possèdent les propriétés de ces deux matériaux.
4. Le calcul de la théorie fonctionnelle de la densité montre que dans le processus hydrothermal, l'oPD a tendance à s'agréger et à former des structures planes. Ensuite, les structures planes s'auto-assemblent pour former des CD sphériques.

"Cet article clarifie le mécanisme général de PL et le processus de formation des CD à émission rouge à base d'oPD. Ce mécanisme unifié fournit une nouvelle méthode pour analyser la relation structure-propriété des CD et ouvre ainsi la voie à l'analyse d'autres types de CD, découvrant ainsi inexploité opportunités », disent les scientifiques. + Explorer plus loin

Plusieurs couleurs à partir d'un seul point