Aumento da fotoluminescência induzida dos estados da superfície de pontos de carbono dopados com nitrogênio por meio de pós-tratamentos

Resumo

A fotoluminescência sintonizável (PL) de pontos de carbono dopados com nitrogênio (NCDs) tem atraído muita atenção nos últimos anos, enquanto o mecanismo específico ainda está em disputa. Aqui, os NCDs com emissão amarela foram sintetizados com sucesso por meio de uma abordagem hidrotérmica fácil. Três tipos de rotas de pós-tratamento foram investigadas para verificar a influência dos estados de superfície na emissão de PL de NCDs, incluindo dependente de solvente, reação reduzida e efeito intensificado por metal. O mecanismo de interação foi estudado por espectro de absorção, caracterizações estruturais, espectroscopia de estado estacionário e resolvida no tempo. Quando dispersos em diferentes solventes, os NCDs preparados mostram emissão sintonizável e aumento de PL atribuído à ligação de hidrogênio entre solventes e NCDs. Além disso, a adição de NaBH ₄ pode induzir a redução das ligações C =O existentes nos NCDs originais para ligações C – O e, assim, resultar no aumento do intrínseco ( n - π *) emissão. Além disso, a fluorescência aprimorada por metal de NCDs também pode ser observada ao adicionar Ag ⁺ na solução inicial de NCD, que pode ser atribuída ao aumento de emissão induzida por agregação. Esses resultados para NCDs pós-tratados demonstram que grupos funcionais de superfície são responsáveis ​​pela emissão de PL e fornecem novas possibilidades, como detecção de múltiplas imagens e aplicação de iluminação.

Histórico

Nos últimos anos, pontos de carbono (CDs) têm sido considerados como uma nova classe de material emissor de luz em nanoescala com propriedades químicas notáveis ​​como emissão sintonizável e grande biocompatibilidade [1, 2]. Comparado com os pontos quânticos tradicionais (QDs), como QDs do grupo III – V (InP) [3, 4], QDs do grupo II-VI (ZnSe) [5, 6] e QDs da liga (ZnInS, CuInS) [7, 8 ], CDs mostram respeito ao meio ambiente sem elementos de metal pesado, rotas sintéticas fáceis e uma ampla gama de matérias-primas como ácido cítrico [9], frutas [2, 10, 11] e alimentos [12]. Portanto, os CDs têm potencial para serem aplicados em uma ampla gama de campos como bioimagem [2], telas de LED [13], sensores fluorescentes [10] e fotodetectores [14,15,16,17].

Por muito tempo, a emissão máxima de CDs foi limitada à região azul. Embora alguns relatórios afirmassem que um comprimento de onda de emissão mais longo de CDs foi, na verdade, realizado por diferentes comprimentos de onda de excitação, o que não era uma emissão verdadeiramente sintonizável. Além disso, a intensidade da emissão deslocada foi mais fraca do que a emissão dominante, o que limitou as aplicações posteriores de CDs [18, 19]. Além disso, a origem da fotoluminescência (PL) dos CDs ainda é contestada, a qual tem sido atribuída principalmente à emissão intrínseca e emissão de defeito superficial [9, 20]. Para resolver esse problema, é necessário desenvolver pós-tratamentos fáceis para controlar as propriedades da PL e verificar o papel dos estados de superfície por meio dos pós-tratamentos neste trabalho.

Até agora, sabia-se que os estados de superfície podem afetar as propriedades químicas, ópticas e eletrônicas [21,22,23]. Lan et al. relataram que a passivação da superfície poderia aumentar as propriedades optoeletrônicas das perovskitas halogenadas [22]. Além disso, as propriedades ácido-base da superfície também contribuíram para promover a capacidade catalítica do CeO ₂ [23]. Recentemente, o fenômeno dos CDs dependente de solvente tem atraído muito interesse e o efeito trazido pelos solventes aos estados de superfície foi estudado. Chen et al. relataram que seus NCDs exibiram uma emissão sintonizável de uma região azul para verde em solventes com várias polaridades [24]. Além de CDs, nanomateriais de carbono como nanofolha de carbono também foram relatados para exibir PL sintonizável em vários solventes, que requerem vários precursores sintéticos [25]. Portanto, o efeito dependente de solvente é um pós-tratamento eficaz para otimizar as propriedades de PL de NCDs e mais pesquisas são necessárias para entender a influência da interação entre solventes e estados de superfície nas propriedades de PL de NCDs.

Uma vez que os CDs são conhecidos por vários estados de superfície, é possível desenvolver uma abordagem fácil para pós-tratamento de NCDs com alguns reagentes de redução e cátions metálicos para modificar as propriedades de PL. Por exemplo, Hu et al. relatou que NaBH ₄ poderia ser usado durante a carbonização para realizar o pico ajustável de emissões de CDs [26]. No entanto, o processo sintético que envolveu vários procedimentos para formar o gel era bastante complexo. Além da redução de superfície, o efeito de aumento de metal trazido pelo aumento de emissão induzida por agregação (AIEE) pode ocorrer quando íons de metal são adicionados em materiais fluorescentes [27, 28]. Wang et al. têm CDs sintetizados modificados pela glutationa. A variação da carga superficial entre CDs causada por Fe ³⁺ pode levar a diferentes graus de agregação e aumento de PL [28]. Outras caracterizações ainda são necessárias para o mecanismo razoável das propriedades PL de NCDs tratados por íons metálicos.

Neste trabalho, NCDs com emissão amarela foram sintetizados com sucesso por meio de uma abordagem hidrotérmica fácil. Três tipos de rotas de pós-tratamento via efeito dependente de solvente, reação reduzida e efeito de metal aprimorado foram utilizados para investigar a relação entre as propriedades de PL e os estados de superfície de NCDs. Os NCDs preparados em diferentes solventes mostram emissão sintonizável e aumento de PL atribuído à ligação de hidrogênio entre solventes e NCDs. Além disso, a adição de NaBH ₄ pode induzir a redução das ligações C =O existentes nos NCDs originais para ligações C – O e, assim, resultar no aumento do intrínseco ( n - π *) emissão. Além disso, a fluorescência aprimorada por metal de NCDs também pode ser observada ao adicionar Ag ⁺ na solução inicial de NCD, que pode ser atribuída ao aumento de emissão induzida por agregação. Por meio de três tipos de pós-tratamentos, discute-se o papel dos estados superficiais na emissão de PL, e os resultados ajudam a compreender melhor a natureza química dos DCNTs observados.

Métodos

Químicos

O-fenilenodiamina (OPD, 99,9%), todos os solventes orgânicos de água, etilenoglicol (EG), etanol, dimetilsulfóxido (DMSO), acetona e tolueno eram de grau analítico e adquiridos de várias empresas comerciais. Cloretos / nitratos de metal e ácido 4- (2-hidroxieril) piperazina-1-eranossulfônico (HEPES) foram adquiridos de Aladdin. Todos foram usados ​​diretamente e sem purificação adicional. A água foi desionizada e purificada passando por um sistema de purificação de água Milli-Q.

Síntese de NCDs

Concretamente, 0,05 g de OPD foi dissolvido em 10 mL de água Milli-Q sob agitação vigorosa até a solução se tornar límpida. Em seguida, a mistura foi transferida para uma autoclave de aço inoxidável revestida com Teflon de 25 mL e aquecida a 180 ° C por 6 h em um forno elétrico. Após a reação drástica, a solução de banco de argila obtida foi centrifugada a 9000 rpm para remover o precipitado e o sobrenadante foi liofilizado por 24 h em um liofilizador a vácuo para reunir o pó amarelo claro.

Pós-tratamento

0,01 g do pó NCD preparado foi disperso em 10 mL de água, EG, etanol, DMSO, acetona e tolueno, respectivamente, a fim de investigar o efeito dependente do solvente. Além disso, diferentes concentrações de NaBH ₄ solução (10 mL) variando de 0 a 0,04 g / mL foi preparada e reagiu com pó NCD para coletar PL e espectros de absorção ultravioleta-visível (UV-vis). As medições de titulação de fluorescência foram realizadas adicionando NCDs e 50 μM de íons metálicos diferentes, incluindo Ag ⁺ , Cd ²⁺ , Cs ⁺ , Cu ²⁺ , Fe ³⁺ , Em ³⁺ , Mg ²⁺ , Mn ²⁺ , Pb ²⁺ e Zn ²⁺ em água tamponada com HEPES a pH 7,2 (10 mL). Além disso, os NCDs foram tratados com diferentes concentrações de Ag ⁺ de 0 a 300 μM.

Caracterizações

Os NCDs obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM; JEM-2s100F, JEOL, Japão), difração de raios-X (XRD; D8 Advance, Bruker, Alemanha), espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS; ESCALAB 250XI, Thermo, EUA) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR; Nicolet 6700, Thermo Fisher, EUA). Os espectros de absorção de UV-vis e os espectros de PL de QDs foram registrados usando um espectrofotômetro de UV-vis (759S, Shanghai Lengguang, China) e espectrofotômetro de fluorescência (F97XP, Shanghai Lengguang, China), respectivamente. Os tempos de vida de fluorescência dos NCDs preparados foram medidos em um espectrofluorômetro resolvido no tempo (FLS 920, Edinburgh Instruments, UK). Os potenciais Zeta foram medidos por um Zetasizer (Malvern, Reino Unido).

Resultados e discussão

Caracterizações da estrutura

A morfologia e o tamanho dos NCDs na água são estudados por TEM como mostrado na Fig. 1. Com base no histograma das distribuições de tamanho, pode-se ver que o tamanho dos NCDs preparados está na faixa de 3-6 nm com um diâmetro médio de 3,96 nm. Na Fig. 1b, é aparente que os NCDs exibem franjas de rede cristalina de 0,21 nm e 0,32 nm correspondendo aos planos de rede (100) e (002) do carbono gráfico [7, 29]. O padrão de XRD (arquivo adicional 1:Figura S1) mostra um pico amplo centrado em cerca de 20 ° . Isso indica que os NCDs consistem em pequenos núcleos cristalinos com uma superfície desordenada [30].

a TEM e b Imagens HRTEM e c Espectros FT-IR de NCDs. d de alta resolução C 1s, e N 1s e f Espectros de O 1s de NCDs. O histograma de distribuições de tamanho e a imagem HRTEM de um único QD são mostrados na inserção em alta ampliação, enquanto a barra de escala é de 2 nm

Os grupos funcionais de superfície são investigados por FT-IR como mostrado na Fig. 1c. A banda de absorção ampla dentro de 3100–3600 cm ^{- 1} deriva da vibração de alongamento das ligações hidroxila (O – H) e N – H, que podem ser amplamente atribuídas ao grupo amino do OPD [31]. A banda relativamente mais fraca localizada em torno de 1570–1750 cm ^{- 1} é atribuído a ligações carbonil (C =O) e C =C aromático. Além disso, o pico de absorção centrado em ~ 1411 e ~ 1239 cm ^{- 1} corresponde ao modo de alongamento de C – N e C =N, respectivamente [32, 33]. A existência de ligações C – O – C leva à banda de absorção de 990 a 1170 cm ^{- 1} [34]. Com base nesses resultados, pode-se concluir que existem muitos grupos funcionais na superfície dos NCDs, que poderiam ser posteriormente verificados por XPS para investigar as composições das ligações químicas. Conforme apresentado no arquivo adicional 1:Figura S1b, o espectro XPS de varredura completa tem três picos típicos:C 1s (285 eV), N 1s (399 eV) e O 1s (533 eV), o que confirma que o Os NCDs consistem em elementos C, N e O. Além disso, as porcentagens atômicas de C, N e O foram 73,81%, 22,59% e 3,6%, respectivamente. De acordo com os espectros de alta resolução de C 1s na Fig. 1d, existem três picos correspondentes a diferentes estados de carbono:o sp grafítico dominante ² C – C / C =C (284,6 eV), C – N (285,4 eV), C – O (286,0 eV), C =N (287,9 eV) e C =O (289 eV) [34, 35]. Notavelmente, os espectros de N 1s na Fig. 1e indicam que os NCDs preparados contêm estruturas heterocíclicas de nitrogênio ricas, representando N pirridínico (398,5 eV), amino N (399,2 eV) e N pirrólico (400,1 eV). O espectro de alta resolução de O 1s é dividido em dois picos, que podem ser atribuídos a C – O (531,5 eV) e C =O (533,1 eV), respectivamente [35, 36].

Efeito dependente de solvente

Recentemente, o solvatocromismo que foi originalmente usado em corantes orgânicos tem atraído muita atenção e raramente é estudado em DCNTs [37]. A interação entre as DCNT e os solventes ainda precisa ser investigada, o que pode desempenhar um papel importante na compreensão do mecanismo luminescente das DCNT. É aparente que os picos de emissão de NCDs em diferentes solventes, incluindo água, EG, etanol, DMSO, acetona e tolueno (Arquivo adicional 1:Figura S2) exibem independência de comprimentos de onda de excitação, que é exclusivo para relatórios tradicionais. Este fenômeno pode ser atribuído aos precursores com alto conteúdo de N átomos. Com base em relatórios anteriores, aqueles ricos em aminoácidos (−NH ₂ ) CDs podem mostrar menos anisotropia de excitação por meio de interações entre grupos funcionais de superfície no sp distorcido ² estrutura de carbono [9, 38].

A fim de investigar a influência trazida pelo efeito dependente de solvente para NCDs, os espectros de PL normalizados em vários solventes sob o mesmo comprimento de onda de excitação são mostrados na Fig. 2a. A emissão PL de NCDs exibe um desvio para o vermelho quando os solventes mudam de tolueno para água. Assim, a emissão sintonizável com as posições de pico de 500 a 569 nm é obtida sob uma lâmpada UV (365 nm), como mostrado na Fig. 2b. A intensidade de PL de NCDs dispersos em outros cinco solventes é promovida em graus diferentes em comparação com a de NCDs na água (Arquivo adicional 1:Figura S3). Além disso, os espectros de absorção de UV-vis de NCDs também foram medidos na Fig. 2c. Pode-se concluir que o espectro de absorção de NCDs muda para um comprimento de onda longo com a polaridade incremental do solvente, exceto água, o que pode ser atribuído à baixa solubilidade em água [32]. A fim de obter mais informações sobre as propriedades relacionadas ao solvente de NCDs, foram calculados os tempos de vida de PL e os deslocamentos de Stokes de NCDs em diferentes solventes (Arquivo adicional 1:Tabela S1). As curvas de decaimento de PL de NCDs podem ser bem ajustadas por função monoexponencial (Arquivo adicional 1:Figura S4), indicando o estado eletrônico único de emissão de PL. Uma vez que a banda de absorção também muda com diferentes solventes, pode haver diferentes tipos de estados eletronicamente excitados, que incorrem em emissão de PL sintonizável [26].

a Espectros PL normalizados de NCDs em seis solventes, λ _ex =400 nm. b Fotografia digital de NCDs em seis solventes sob uma lâmpada ultravioleta. c Espectros de absorção de NCDs em seis solventes. Relação entre os parâmetros espectrais e E _T (30): d Turnos de Stokes e e vidas. f Ilustração esquemática da interação entre grupos funcionais de superfície e solventes. Os solventes usados ​​são os seguintes. 1:tolueno, 2:acetona, 3:DMSO, 4:etanol, 5:EG, 6:água

Aqui, adotamos o E _T (30) índice que foi usado como parâmetro de polaridade clássico para estudar ligações de hidrogênio (HB) [39]. Grupos funcionais como −OH e −NH ₂ poderia funcionar como doador ou aceitador de HB. Na Fig. 2d e e, as relações de correlação entre os deslocamentos de Stokes, tempos de vida e E _T (30) o índice exibe certas relações lineares e os valores específicos são dados no arquivo adicional 1:Tabela S1. É aparente que as mudanças de Stokes e tempos de vida aumentam quase linearmente com o aumento do valor de E _T (30), que caracteriza a capacidade de formar HB [36]. Além disso, foi relatado que um HB mais forte poderia levar a mais interação entre grupos funcionais e diferentes solventes [25, 35]. O mecanismo específico e a representação da reação da formação de NCD são ilustrados na Fig. 2f. De acordo com os dados do XPS, as subestruturas contendo nitrogênio existem principalmente como formas piridínicas e pirrólicas, o que indica as estruturas moleculares dentro de um sp ² - núcleo hibridizado. Devido a numerosos grupos funcionais atuando como aceitadores e doadores de elétrons adicionais, o aumento da densidade de elétrons de superfície oferece possibilidades para novas formas de transferência de energia [35]. Com base nos resultados da Fig. 2c, concluiu-se que os NCDs preparados apresentam a luminescência mais fraca em água devido à polaridade mais alta em seis solventes. Além disso, os picos de emissão de NCDs tendem a se desviar para o vermelho com o aumento da polaridade do solvente, que é comumente identificado como um efeito dependente do solvente. Quando a polaridade do solvente aumenta, o HB entre os NCDs e seis solventes se torna mais forte e mais grupos de superfície ao redor do núcleo cristalino de nitreto de carbono estão envolvidos no mecanismo emissivo, resultando, portanto, no deslocamento espectral dos NCDs para comprimentos de onda mais longos [36]. Assim, pode-se concluir que a emissão sintonizável de DCNTs poderia ser obtida por meio da interação entre DCNTs e solventes.

Efeito de reação reduzida

Uma vez que os NCDs têm vários estados de defeitos de superfície, é plausível modificar os grupos funcionais por meio de reação química. Para testemunhar ainda mais a influência do pós-tratamento nas DNTs além de um efeito dependente de solvente, as DNTs foram tratadas com diferentes concentrações de NaBH ₄ como um agente de redução variando de 0 a 0,04 g / mL. Os espectros de PL são mostrados na Fig. 3a, e pode-se ver que a intensidade de fluorescência é bastante promovida. Além disso, a banda de emissão apresenta um desvio para o azul de 567 para 510 nm com o aumento da concentração de NaBH ₄ (Arquivo adicional 1:Figura S5a). As fotografias digitais de NCDs tratados com 0, 0,01 e 0,04 g / mL NaBH ₄ são mostrados na Fig. 3b para apresentar sua cor PL. Os espectros de NCDs tratados com 0,005 e 0,04 g / mL de NaBH ₄ são ambos deconvoluídos em dois picos semelhantes a Gauss, respectivamente identificados como pico 1 e pico 2 [40]. Como mostrado na Fig. 3c, quando os NCDs brutos são tratados com 0,005 g / mL NaBH ₄ , o espectro PL é dominado principalmente pelo pico 1 em cerca de 565 nm com um pequeno pico em 496 nm. O espectro PL de NCDs com 0,04 g / mL NaBH ₄ na Fig. 3d pode ser dividido em dois picos com intensidade quase igual. Pode-se concluir que adicionar NaBH ₄ leva a um aumento óbvio da intensidade de emissão do pico 2, enquanto a intensidade do pico 1 permanece quase inalterada. As posições de pico específicas e intensidades de PL do pico 1 e pico 2 sob diferentes concentrações de NaBH ₄ são apresentados no Arquivo Adicional 1:Figura S5. É aparente que a intensidade do pico 1 se mantém em um nível estável, enquanto a do pico 2 mostra um aumento drástico (Arquivo adicional 1:Figura S5b). Além disso, o pico 1 tende a se mover para comprimentos de onda mais curtos, enquanto o pico 2 permanece quase inalterado (Arquivo adicional 1:Figura S5c).

a Espectros PL de NCDs tratados com diferentes concentrações de NaBH ₄ variando de 0 a 0,04 g / mL, λ _ex =400 nm. b Fotografias digitais de NCDs tratados com 0, 0,01 e 0,04 g / mL NaBH ₄ sob uma lâmpada ultravioleta. Espectros de PL deconvoluídos de NCDs tratados com c 0,005 e d 0,04 g / mL NaBH ₄ separadamente com duas bandas de emissão de pico 1 e pico 2. e Espectros de absorção de UV-vis de NCDs tratados com 0 e 0,04 g / mL de NaBH ₄ . f A ilustração esquemática do processo de emissão proposto nas NCDs originais e reduzidas

As composições de elementos dos NCDs reduzidos (0,04 g / mL NaBH ₄ ) foram posteriormente caracterizados por XPS (Arquivo adicional 1:Figura S6). Em comparação com os NCDs brutos, a concentração crescente de NaBH ₄ leva a uma proporção incremental de oxigênio e menos conteúdo de nitrogênio (Arquivo adicional 1:Tabela S2). As ligações C =O existentes nos NCDs originais podem ser reduzidas a ligações C – O após a adição de NaBH ₄ . Para estudar ainda mais as propriedades ópticas, os espectros de absorção de UV-vis de NCDs tratados por 0 e 0,04 g / mL de NaBH ₄ são mostrados na Fig. 3e, que apresentam duas bandas de absorção em torno de 320 e 410 nm. Parece que uma concentração mais alta de NaBH ₄ levará a uma maior intensidade da banda de absorção centrada em aproximadamente 320 nm que resultou de n - π * transição, que pode ser atribuída a um maior conteúdo de C – O – C e menos grupos contendo nitrogênio [41, 42]. A diminuição da vida útil do PL de 3,48 para 2,2 ns de NCDs após o tratamento com NaBH ₄ (Arquivo adicional 1:Figura S7) verificou a emissão intrínseca derivada de (C – O – C) dentro de n - π * transição correspondente ao trabalho anterior [26].

O processo de transferência de energia viável sobre PL de NCDs com concentração incremental de NaBH ₄ é ilustrado na Fig. 3f. Os NCDs preparados sem NaBH ₄ o tratamento pode ter um grande número de diferentes estados eletrônicos devido aos grupos contendo oxigênio e nitrogênio. Uma vez reduzida, a concentração crescente de estados eletronicamente excitados relacionados a (C – O – C) desempenha um papel dominante no PL de NCDs com base nos resultados de XPS [40]. O processo de recombinação elétron-buraco relacionado com os estados de energia aumentados leva à emissão em comprimentos de onda mais curtos, bem como um aumento óbvio de PL. Combinada com resultados experimentais, a presença de numerosos grupos funcionais de superfície fornece possibilidades para emissão sintonizável através do ajuste da proporção relativa de diferentes estados de energia por meio de redução [43,44,45,46].

Efeito aprimorado com metal

Além de um efeito de reação reduzida, a introdução de íons metálicos é outro pós-tratamento eficaz para investigar as características de LP de DNTs [47]. A fim de excluir a influência trazida pelo pH, a estabilidade dos NCDs como preparados é detectada sob diferentes valores de pH, como mostrado na Fig. 4a. Aparentemente, a solução neutra é o ambiente ideal para DCNT e, portanto, a solução de água tamponada com HEPES (pH 7,2) é adotada. Investigamos a influência de diferentes íons metálicos em NCDs usando um método de titulação de fluorescência, e os contrastes de intensidade são mostrados na Fig. 4b. Curiosamente, Ag ⁺ mostra um efeito significativo no aumento de PL entre os íons metálicos estudados.

a Intensidade de PLs e posição de pico de NCDs em diferentes valores de pH. b Razões de intensidade PL ( F / F ₀ ) de DNTs, F ₀ é a intensidade PL dos NCDs originais, enquanto F é o de NCDs tratados com íons metálicos diferentes (50 μM). c Espectros PL de NCDs tratados com as titulações crescentes de Ag ⁺ de 0 a 300 μM, λ _ex =400 nm. d Gráfico da intensidade fluorescente de NCDs contra Ag ⁺ concentração na faixa de 0 a 300 μM

Mais informações sobre os espectros de PL de NCDs tratados com diferentes concentrações de Ag ⁺ é apresentado na Fig. 4c. A intensidade de fluorescência de NCDs em 566 nm aumenta gradualmente com uma concentração incremental de Ag ⁺ , mas a posição de pico não muda. Em uma tentativa de aprofundar o estudo de uma relação específica, o gráfico da intensidade fluorescente de NCDs contra Ag ⁺ a concentração é mostrada na Fig. 4d. Pode-se concluir que o ∆ F ( F - F ₀ ) versus [Ag ⁺ ] exibe uma boa faixa linear de 0 a 300 μM e o coeficiente de determinação ( R ² ) é 0,992 [47]. A fim de obter um melhor entendimento sobre este aumento de PL, as curvas de decaimento de PL de NCDs na ausência e presença de Ag ⁺ com a concentração de 200 μM são suplementados no arquivo adicional 1:Figura S8. Mudanças sutis de tempo de vida podem ser encontradas após a incorporação de Ag ⁺ em solução aquosa de NCD, que pode ser atribuída à formação de um complexo estável [48]. De acordo com um relatório anterior, Namasivayam et al. relatou que Zn ²⁺ poderia aumentar a intensidade dos CDs devido a uma associação entre Zn ²⁺ e grupos amina (−NH ₂ ) presentes na superfície [49]. Para investigar o estado de carga superficial, o potencial Zeta dos NCDs em solução aquosa é medido como sendo - 34,0 mV, o que indica que a superfície dos NCDs está carregada negativamente e os NCDs são bastante estáveis. Depois de apresentar Ag ⁺ , o potencial Zeta das NCDs muda para - 27,8 mV, cujo valor absoluto era inferior ao da solução bruta. Devido à diminuição da repulsão mútua, especula-se que o aumento de PL pode ser desencadeado por propriedades AIEE para os grupos amino abundantes com base nos resultados de FT-IR e XPS [50]. A agregação de NCDs tratados por Ag ⁺ é mostrado no arquivo adicional 1:Figura S9. Parece que a diminuição da repulsão eletrostática entre os QDs leva à agregação, que passiva os estados de defeito de superfície dos NCDs e a intensidade de LP dos NCDs é aumentada [27, 28, 51]. Estes resultados fornecem potencial para futura aplicação em campos biológicos in vivo e ajudam a compreender melhor o papel dos estados de superfície nas propriedades de PL de NCDs.

Conclusão

Resumindo, NCDs com emissão amarela foram sintetizados com sucesso por meio de uma abordagem hidrotérmica fácil e três pós-tratamentos baseados em dependente de solvente, reação reduzida e efeito aprimorado por metal foram aplicados para modificar as características de PL dos NCDs. Quando dispersos em diferentes solventes, os NCDs preparados mostram emissão sintonizável e aumento de PL atribuído à ligação de hidrogênio entre solventes e NCDs. Além disso, a adição de NaBH ₄ pode induzir a redução das ligações C =O existentes nos NCDs originais para ligações C – O e, assim, resultar no aumento do intrínseco ( n - π *) emissão. Além disso, a fluorescência aprimorada por metal de NCDs também pode ser observada ao adicionar Ag ⁺ na solução inicial de NCD, que pode ser atribuída ao aumento de emissão induzida por agregação. Esses resultados revelam que a interação entre fatores externos e grupos funcionais de superfície desempenha um papel crítico nas características da PL, o que ajuda a compreender o mecanismo específico da PL.

Abreviações

AIEE:

Aumento de emissão induzida por agregação

CDs:

Pontos de carbono

DMSO:

Dimetilsulfóxido

EG:

Etilenoglicol

FT-IR:

Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier

HB:

Ligação de hidrogênio

HEPES:

Ácido 4- (2-hidroxyeril) piperazina-1-eranossulfônico

HRTEM:

Microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução

NCDs:

Pontos de carbono dopados com nitrogênio

OPD:

O-fenilenodiamina

PL:

Fotoluminescência

QDs:

Pontos quânticos

rpm:

Revolução por minuto

UV-vis:

Visível por ultravioleta

XPS:

espectroscopia de fotoelétrons de raios-X

XRD:

Difratômetro de raios x

Ajustando propriedades eletrônicas de fosforeno azul / Grafeno-like GaN van der Waals heteroestruturas por campo elétrico externo vertical Estudo comparativo de transistores de efeito de campo de capacitância negativa com diferentes capacitâncias MOS