H-CD pulveret ble lett fremstilt gjennom en en-pot solvotermisk prosess av melamin (MA) og en dithiosalicylsyre (DTSA)/eddiksyreoppløsning, etterfulgt av en enkel rensing (Fig. 1). Det bør bemerkes at eddiksyre spiller en viktig rolle under dannelsen Av H-Cder. I tillegg til å være et miljøvennlig løsemiddel med lav pris, er det også en katalysator For h-CDs karbonisering og konstitueringen AV H-CD-overflaten (Supplerende Fig. 1a). For å undersøke effekten av eddiksyre, brukte vi en rekke kontrollforsøk som erstattet eddiksyre med maursyre, propionsyre og mettet vandig løsning av oksalsyre. Når propionsyre tilsettes, viser produktet (navngitt SOM PA-CDs) en lignende pl-egenskap som H-CDs: blå utslipp i dispersjon og gul AIE i pulvertilstanden (Supplerende Fig. 1b, c). Imidlertid er propionsyre mye dyrere og giftig enn eddiksyre, og fluorescensen AV PA-CD-pulver er gul i motsetning til den røde AIE Av H-Cdene. Gjennom kontinuerlig vanntilsetning blir den gjennomsiktige, tilberedte h-CD-løsningen gradvis en uklar væske, og den blå utslipp fades bort. Deretter oppstår en rød fluorescens. H-CD-pulver som viser rød SSF under 365 nm UV-bestråling, kan oppnås ved ytterligere rensing og tørking. Bemerkelsesverdig, under 2 nm UV, forblir den røde utslipp AV h-CD pulver mens H-CD dispersjon viser nesten ingen fluorescens.
de as-forberedt H-Cder har blitt karakterisert med transmisjonselektronmikroskopi (TEM), RØNTGENDIFFRAKSJON (XRD) Og Raman spektroskopi for å bekrefte innholdet av karbon nanopartikler. Som vist I Fig. 2a, b, TEM-bildet av H-CDs presenterer størrelsesfordelinger mellom 4 og 10 nm, med en gjennomsnittlig diameter på omtrent 6,5 nm. Høyoppløselig TEM (HR-TEM) viser en gitteravstand på 0,21 nm som svarer til (100) fasett av grafitt og avslører At H-Cdene inneholder grafittlignende strukturer19, 20, 21. Xrd-mønsteret Til H-Cdene (Fig. 2c) har en tilsynelatende topp ved omtrent 25°, som tilskrives en mellomlagsavstand på 0.34 nm, mens toppen nær 41° representerer 0.21 nm mellomlagsavstand5, 8,13,22. Raman-spekteret I Fig. 2d viser to topper på 1348 cm – 1 (D-bånd) og 1584 cm−1 (G-bånd), med henvisning til områder av uordnede overflater og sp2-karbonnett i H-CDs’ rammer, henholdsvis. DET beregnede intensitetsforholdet ID / IG er 5,61, noe som indikerer den amorfe overflaten Av H-CDs1,5,6,19.
Fourier transform infrarød (FT-IR) spektra, X-ray photoelectron spektra (XPS) og kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi ble tatt for ytterligere å analysere den kjemiske strukturen Av H-CDs. FT-IR-spekteret (Fig. 2i) avdekker at Overflaten på H-CDs inneholder metylen (2876 og 2973 cm−1), C≡N (2034 cm−1), S−H (2650 cm−1), amidkarbonyl (1682 cm−1), C=C (1469 cm−1), C−N (1407 cm−1), C−S (685 cm−1), S−S (491 cm−1), aromatisk C−NH (1261 cm−1) og c−O (1124 cm−1) funksjonelle grupper eller kjemiske bindinger. I TILLEGG viser FT-IR-spektrene AV MA og DTSA at disse råmaterialene inneholder en hydroksyl eller amino (3064 og 3411 cm-1) 1,4,8. Videre, etter amidering og karbonisering, forsvinner disse hydrofile gruppene nesten i H-Cdene, og bidrar dermed til de hydrofobe egenskapene Til H-CDs23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34. Det fulle XPS-spekteret presenteres I Fig. 2e viser fire topper ved 284,81, 399,62, 532,22 og 163,89 eV, noe som tyder på At H-Cdene besto Av c -, N -, O-og s-elementer, og atomforholdene ble beregnet til henholdsvis 79,28%, 6,47%, 10,99% og 3,26%. I Fig. 2f, det høyoppløselige XPS-spekteret Av C 1s-båndet ble delt inn i tre topper ved 284.81, 286.41 og 288.95 eV, som er tilordnet Henholdsvis C–C/C=C, C–N og C=O/C=N. N 1s-båndet (Fig. 2g) viser to topper på henholdsvis 399,07 og 400,27 ev, som tilsvarer pyridinske c3–N og pyrroliske c2–N-h grupper. S 2p-båndet I Fig. 2h inneholder tre topper på 163.35 eV For S-C, 163.81 eV For S-H og 164.57 eV For S-S. disse tre høyoppløselige spektrene indikerer kollektivt vellykket innsetting Av s-og N-atomer i H-Cdene. VIDERE BLE NMR-spektra (1H og 13C) anvendt for å skille de sp3-hybridiserte karbonatomer fra de sp2-hybridiserte karbonatomer(Fig. 2j, k). DEUTERIUM-merket DMSO-d6 (CD3SOCD3) ble brukt som løsemiddel. I 1H NMR-spektrene ble sp2-karboner detektert. Toppet på 9.99 ppm I Fig. 2j er det kjemiske skiftet til karboksylprotonene. Videre detekteres signaler fra de aromatiske ringene ved 8, 3 ppm, som kan tilskrives grafitiserte kjerners protonresonanser. Fremveksten AV-NH2-protonene ved 5,75 ppm innebærer innføring av primære aminer i den heterocykliske overflaten19,22, 35. I 13C NMR-spektret er signaler i området 30-45 ppm forbundet med alifatiske (sp3) karbonatomer, og signaler fra 100 til 185 ppm er indikative for sp2 karbonatomer. Signaler i området 170-185 ppm tilsvarer karboksyl / amidgrupper36, 37, 38. Basert på de nevnte karakteriseringer, som støtter reaksjonsmekanismen foreslått I Supplerende Fig. 1a, en molekylær modell for H-CDs kan konstrueres: en nanoskala grafitt-lignende skjelett med defekter forårsaket av pyridin nitrogenatomer og disulfidbindinger, dekket Med C, N, O og S som inneholder symmetriske heterocycle roterbare strukturer. Spesielt er det få amino – og hydroksylfunksjonelle grupper på overflaten Av H-Cdene, noe som er ganske forskjellig fra de vannløselige Cdene som er rapportert i tidligere verk. Denne modellen forklarer hydrofobicitet og optiske egenskaper.
Optiske egenskaper og fluorescens mekanisme Av H-CDs
UV-Vis absorpsjon, pl eksitasjon, og utslipp av as-forberedt H-CD løsning og pulver ble undersøkt for å evaluere deres optiske egenskaper. Som vist I Fig. 3a, UV−Vis absorpsjon av as-forberedt H-Cd har to topper på λmax1 ≈ 280 nm og λmax2 ≈ 360 nm på grunn av den π–π* overganger C=C i kjernen av H-CD. Mens h-CD-pulveret har en annen bred absorpsjon, med et dominerende bånd på λ maks 560 nm(Fig . 3b), som tilskrives de n–π* overganger av overflatetilstander som inneholder c=N/C=O, C–O og C−s strukturer. Figur 3d representerer pl-emisjonen AV h-CD-pulveret under forskjellige eksitasjonsbølgelengder, og viser en stabil rød emisjon ved λ ≈ 620 nm, med en annen eksitasjonsbølgelengde som ligner mer på tradisjonelle uorganiske fosfor enn rapporterte Cder. DEN fremstilte H-CD-oppløsningen (Fig. 3c) viser eksitasjonsavhengige pl-funksjoner; i likhet med De Fleste Cder i tidligere arbeider, er optimal eksitasjon og utslipp nær 360 og 467 nm1,6,10,11,20,39, henholdsvis. Beregningsprosessen Av H-CDs ‘molekylære orbitale energinivå og fluorescenslevetid (4,56 ns) er beskrevet i avsnittet» Metoder». Kvanteutbyttet Til H-CDs kan beregnes som 5,96% på grunn av deres fotonabsorpsjon og utslipp(Supplerende Fig. 2b, c) 4,7,11,21,40,41. Visuelt, lyst felt og fluorescensmikroskopi bilder (Supplerende Fig. 3) av overflødig H-CD-pulver i etanol indikerer at tykt stabling H-CD-pulver gir rød fluorescens, og den oppløste H-CD-løsningen viser blå utslipp. Ved den tynne periferien av h-CD-pulveret infiltrert med løsningen hybridiserer den røde og blå utslipp sammen, noe som gir opphav til en rosa hybridfluorescens8, 10, 13.