Amélioration de la photoluminescence induite par les états de surface des points de carbone dopés à l'azote via des post-traitements

Contexte

Ces dernières années, les points de carbone (CD) ont été considérés comme une nouvelle classe de matériaux électroluminescents à l'échelle nanométrique dotés de propriétés chimiques remarquables telles qu'une émission réglable et une grande biocompatibilité [1, 2]. Par rapport aux points quantiques (QD) traditionnels tels que les QD des groupes III-V (InP) [3, 4], les QD des groupes II-VI (ZnSe) [5, 6] et les QD en alliage (ZnInS, CuInS) [7, 8 ], les CD montrent un respect de l'environnement sans élément de métaux lourds, des voies de synthèse faciles et une large gamme de matières premières telles que l'acide citrique [9], les fruits [2, 10, 11] et les aliments [12]. Par conséquent, les CD ont le potentiel d'être appliqués dans un large éventail de domaines comme la bio-imagerie [2], les écrans LED [13], les capteurs fluorescents [10] et les photodétecteurs [14,15,16,17].

Pendant longtemps, l'émission maximale de CD a été limitée à la région bleue. Bien que certains rapports aient affirmé qu'une longueur d'onde d'émission plus longue des CD était en fait réalisée par différentes longueurs d'onde d'excitation, ce qui n'était pas une émission vraiment accordable. En outre, l'intensité de l'émission décalée était plus faible que l'émission dominante, ce qui a limité les applications ultérieures des CD [18, 19]. En outre, l'origine de la photoluminescence (PL) des CD est toujours contestée, ce qui a été principalement attribué à l'émission intrinsèque et à l'émission de défauts de surface [9, 20]. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de développer des post-traitements faciles pour contrôler les propriétés PL et vérifier le rôle des états de surface à travers les post-traitements dans ce travail.

Jusqu'à présent, on savait que les états de surface pouvaient affecter les propriétés chimiques, optiques et électroniques [21,22,23]. Lan et al. ont rapporté que la passivation de surface pourrait améliorer les propriétés optoélectroniques des pérovskites aux halogénures [22]. En outre, les propriétés acido-basiques de surface ont également contribué à promouvoir la capacité catalytique de CeO₂ [23]. Récemment, le phénomène des CD dépendant des solvants a suscité beaucoup d'intérêt et l'effet apporté par les solvants aux états de surface a été étudié. Chen et al. ont rapporté que leurs MNT présentaient une émission réglable d'une région bleue à verte dans des solvants avec diverses polarités [24]. Outre les CD, il a également été rapporté que les nanomatériaux de carbone tels que les nanofeuilles de carbone présentent une PL accordable dans divers solvants, qui nécessitent plusieurs précurseurs synthétiques [25]. Par conséquent, l'effet dépendant du solvant est un post-traitement efficace pour optimiser les propriétés PL des MNT et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre l'influence de l'interaction entre les solvants et les états de surface sur les propriétés PL des MNT.

Étant donné que les CD sont connus pour de nombreux états de surface, il est possible de développer une approche facile pour le post-traitement des MNT avec certains réactifs de réduction et des cations métalliques pour modifier les propriétés de la PL. Par exemple, Hu et al. a signalé que NaBH₄ pourrait être utilisé pendant la carbonisation pour réaliser des émissions maximales réglables de CD [26]. Cependant, le processus de synthèse qui impliquait plusieurs procédures pour former un gel était assez complexe. Outre la réduction de surface, l'effet amélioré par le métal apporté par l'amélioration des émissions induites par l'agrégation (AIEE) pourrait se produire lorsque des ions métalliques sont ajoutés dans des matériaux fluorescents [27, 28]. Wang et al. ont synthétisé des CD modifiés par le glutathion. La variation de charge de surface entre les CD causée par Fe ³⁺ pourrait conduire à différents degrés d'agrégation et d'amélioration de la PL [28]. Des caractérisations supplémentaires sont encore nécessaires pour le mécanisme raisonnable des propriétés PL des MNT traitées par des ions métalliques.

Dans ce travail, les MNT à émission jaune ont été synthétisées avec succès via une approche hydrothermale facile. Trois types de voies de post-traitement via un effet dépendant du solvant, une réaction réduite et un effet amélioré par le métal ont été utilisés pour étudier la relation entre les propriétés PL et les états de surface des MNT. Les MNT telles que préparées dans différents solvants présentent une émission réglable et une amélioration de la PL attribuées à la liaison hydrogène entre les solvants et les MNT. De plus, l'ajout de NaBH₄ peut induire la réduction des liaisons C=O existant dans les MNT d'origine en liaisons C–O et ainsi entraîner l'amélioration de l'intrinsèque (n –π *) émission. De plus, la fluorescence renforcée par les métaux des MNT peut également être observée lors de l'ajout d'Ag ⁺ dans la solution NCD initiale, ce qui pourrait être attribué à l'amélioration des émissions induite par l'agrégation. À travers trois types de post-traitements, le rôle joué par les états de surface dans l'émission de PL est discuté, et les résultats aident à mieux comprendre la nature chimique des MNT observées.

Méthodes

Produits chimiques

O-phénylènediamine (OPD, 99,9%), tous les solvants organiques de l'eau, l'éthylène glycol (EG), l'éthanol, le diméthylsulfoxyde (DMSO), l'acétone et le toluène étaient de qualité analytique et achetés auprès de diverses sociétés commerciales. Les chlorures/nitrates métalliques et l'acide 4-(2-hydroxyerhyl)pipérazine-1-erhanesulfonique (HEPES) ont été achetés auprès d'Aladdin. Ils ont tous été utilisés directement et sans autre purification. L'eau a été désionisée et purifiée en passant par un système de purification d'eau Milli-Q.

Synthèse des MNT

Concrètement, 0,05 µg d'OPD ont été dissous dans 10 µmL d'eau Milli-Q sous agitation vigoureuse jusqu'à ce que la solution devienne limpide. Ensuite, le mélange a été transféré dans un autoclave en acier inoxydable revêtu de téflon de 25 ml et chauffé à 180 °C pendant 6 h dans un four électrique. Après une réaction drastique, la solution de banc d'argile obtenue a été centrifugée à 9000 rpm pour éliminer le précipité et le surnageant a été lyophilisé pendant 24  h dans un lyophilisateur sous vide pour recueillir la poudre jaune clair.

Post-traitement

0,01 g de la poudre NCD telle que préparée a été dispersée dans 10  mL d'eau, d'EG, d'éthanol, de DMSO, d'acétone et de toluène respectivement afin d'étudier l'effet dépendant du solvant. De plus, différentes concentrations de NaBH₄ Une solution (10 µmL) allant de 0 à 0,04 µg/mL a été préparée et mise à réagir avec de la poudre NCD pour collecter les spectres d'absorption PL et ultraviolet-visible (UV-vis). Les mesures de titrage de fluorescence ont été réalisées en ajoutant des NCD et 50 μM de différents ions métalliques dont Ag ⁺ , Cd ²⁺ , Cs ⁺ , Cu ²⁺ , Fe ³⁺ , Dans ³⁺ , Mg ²⁺ , Mn ²⁺ , Pb ²⁺ , et Zn ²⁺ dans de l'eau tamponnée HEPES à pH 7,2 (10 mL). De plus, les MNT ont été traitées avec différentes concentrations d'Ag ⁺ de 0 à 300 μM.

Caractérisations

Les NCD obtenus ont été caractérisés par microscopie électronique à transmission haute résolution (HRTEM ; JEM-2s100F, JEOL, Japon), diffraction des rayons X (XRD ; D8 Advance, Bruker, Allemagne), spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS ; ESCALAB 250XI, Thermo, USA) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR; Nicolet 6700, Thermo Fisher, USA). Les spectres d'absorption UV-vis et les spectres PL des QD ont été enregistrés à l'aide d'un spectrophotomètre UV-vis (759S, Shanghai Lengguang, Chine) et d'un spectrophotomètre à fluorescence (F97XP, Shanghai Lengguang, Chine), respectivement. Les durées de vie de fluorescence des NCD telles que préparées ont été mesurées sur un spectrofluoromètre à résolution temporelle (FLS 920, Edinburgh Instruments, Royaume-Uni). Les potentiels Zeta ont été mesurés par un Zetasizer (Malvern, Royaume-Uni).

Résultats et discussion

Caractérisations de structure

La morphologie et la taille des MNT dans l'eau sont étudiées par MET comme le montre la figure 1. Sur la base de l'histogramme des distributions de taille, on peut voir que la taille des MNT telles que préparées est de l'ordre de 3 à 6  nm avec un diamètre moyen de 3,96 nm. Sur la figure 1b, il est évident que les NCD présentent des franges de réseau cristallin de 0,21 nm et 0,32  nm correspondant aux plans de réseau (100) et (002) du carbone graphique [7, 29]. Le motif XRD (Fichier supplémentaire 1 :Figure S1) montre un large pic centré à environ 20° . Cela indique que les NCD sont constitués de petits noyaux cristallins avec une surface désordonnée [30].

un TEM et b Images HRTEM et c Spectres FT-IR des NCD. d haute résolution C 1s, e N 1s, et f O 1s spectres des MNT. L'histogramme des distributions de taille et l'image HRTEM d'un seul QD sont affichés dans l'encart à fort grossissement tandis que la barre d'échelle est de 2 nm

Les groupes fonctionnels de surface sont étudiés par FT-IR comme le montre la figure 1c. La large bande d'absorption comprise entre 3 100 et 3 600 cm ^− 1 dérive de la vibration d'étirement des liaisons hydroxyle (O-H) et N-H, qui pourrait être largement attribuée au groupe amino de l'OPD [31]. La bande relativement plus faible située autour de 1570–1750 cm ^− 1 est attribué aux liaisons carbonyles (C=O) et aromatiques C=C. De plus, le pic d'absorption était centré à ~ 1411 et ~ 1239 cm ^− 1 correspond au mode d'étirement de C–N et C=N, respectivement [32, 33]. L'existence de liaisons C–O–C conduit à la bande d'absorption de 990 à 1170 cm ^− 1 [34]. Sur la base de ces résultats, on peut conclure qu'il existe de nombreux groupes fonctionnels à la surface des MNT, qui pourraient être vérifiés par XPS pour étudier les compositions des liaisons chimiques. Comme présenté dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S1b, les spectres XPS à balayage complet ont trois pics typiques :C 1s (285  eV), N 1s (399  eV) et O 1s (533  eV), ce qui confirme que le Les MNT sont constituées d'éléments C, N et O. De plus, les pourcentages atomiques de C, N et O étaient respectivement de 73,81 %, 22,59 % et 3,6 %. D'après les spectres à haute résolution des C 1 de la figure 1d, il existe trois pics correspondant à différents états du carbone :le graphitique dominant sp ² C–C/C=C (284,6 eV), C–N (285,4 eV), C–O (286,0 eV), C=N (287,9 eV) et C=O (289 eV) [34, 35]. Remarquablement, les spectres des N 1 sur la figure 1e indiquent que les MNT telles que préparées contiennent des structures hétérocycliques riches en azote, représentant le N pyrridinique (398,5 eV), l'amino N (399,2 eV) et le N pyrrolique (400,1 eV). Le spectre haute résolution de O 1s est divisé en deux pics, qui pourraient être attribués à C–O (531,5  eV) et C=O (533,1  eV), respectivement [35, 36].

Effet dépendant du solvant

Récemment, le solvatochromisme qui était à l'origine utilisé dans les colorants organiques a attiré beaucoup d'attention et est rarement étudié dans les MNT [37]. L'interaction entre les MNT et les solvants doit encore être étudiée, ce qui pourrait jouer un rôle important dans la compréhension du mécanisme luminescent des MNT. Il est évident que les pics d'émission de MNT dans différents solvants, notamment l'eau, l'EG, l'éthanol, le DMSO, l'acétone et le toluène (Fichier supplémentaire 1 :Figure S2) présentent une indépendance des longueurs d'onde d'excitation, ce qui est unique aux rapports traditionnels. Ce phénomène peut être attribué aux précurseurs à haute teneur en atomes de N. Sur la base des rapports précédents, ceux riches en acides aminés (−NH₂ ) Les CD pourraient montrer moins d'anisotropie d'excitation grâce aux interactions entre les groupes fonctionnels de surface sur le sp ² déformé cadre carbone [9, 38].

Afin d'étudier l'influence apportée par l'effet dépendant du solvant sur les MNT, les spectres PL normalisés dans divers solvants sous la même longueur d'onde d'excitation sont présentés sur la figure 2a. L'émission PL des MNT présente un décalage vers le rouge lorsque les solvants passent du toluène à l'eau. Ainsi, l'émission accordable avec les positions de pic de 500 à 569 nm est obtenue sous une lampe UV (365  nm) comme le montre la figure 2b. L'intensité PL des MNT dispersées dans cinq autres solvants est promue à des degrés différents par rapport à celle des MNT dans l'eau (Fichier supplémentaire 1 :Figure S3). En outre, les spectres d'absorption UV-vis des MNT ont également été mesurés sur la figure 2c. On peut conclure que les spectres d'absorption des MNT se déplacent vers une longue longueur d'onde avec la polarité incrémentielle du solvant sauf l'eau, ce qui pourrait être attribué à la faible solubilité dans l'eau [32]. Afin d'obtenir plus d'informations sur les propriétés des MNT liées aux solvants, les durées de vie PL et les déplacements de Stokes des MNT dans différents solvants ont été calculés (Fichier supplémentaire 1 :Tableau S1). Les courbes de décroissance PL des NCD peuvent être bien ajustées par une fonction monoexponentielle (Fichier supplémentaire 1 :Figure S4), indiquant l'état électronique unique de l'émission PL. Étant donné que la bande d'absorption change également avec différents solvants, il peut y avoir différents types d'états excités électroniquement, qui entraînent une émission PL accordable [26].

un Spectres PL normalisés des MNT dans six solvants, λ _ex = 400 nm. b Photographie numérique de MNT dans six solvants sous lampe UV. c Spectres d'absorption des MNT dans six solvants. Relation entre les paramètres spectraux et E_T (30) : d Stokes change et e vies. f Illustration schématique de l'interaction entre les groupes fonctionnels de surface et les solvants. Les solvants utilisés sont les suivants. 1 :toluène, 2 :acétone, 3 :DMSO, 4 :éthanol, 5 :EG, 6 :eau

Ici, nous avons adopté le E_T (30) qui a été utilisé comme paramètre de polarité classique pour étudier la liaison hydrogène (HB) [39]. Groupes fonctionnels comme -OH et -NH₂ pourrait travailler en tant que donneur ou accepteur de HB. Dans les Fig. 2d et e, les relations de corrélation entre les décalages de Stokes, les durées de vie et E_T (30) présentent certaines relations linéaires, et des valeurs spécifiques sont données dans le fichier supplémentaire 1 :tableau S1. Il est évident que les décalages de Stokes et les durées de vie augmentent presque linéairement avec la valeur croissante de E_T (30), qui caractérise la capacité à former HB [36]. En outre, il a été rapporté qu'un HB plus fort pourrait conduire à plus d'interactions entre les groupes fonctionnels et les différents solvants [25, 35]. Le mécanisme spécifique et la description de la réaction de la formation de NCD sont illustrés à la Fig. 2f. Selon les données XPS, les sous-structures contenant de l'azote existent principalement sous forme pyridinique et pyrrolique, ce qui indique les structures moléculaires à l'intérieur d'un sp ² -noyau hybridé. En raison de nombreux groupes fonctionnels agissant comme accepteurs et donneurs d'électrons supplémentaires, la densité électronique de surface accrue offre des possibilités pour de nouvelles voies de transfert d'énergie [35]. Sur la base des résultats de la figure 2c, il a été conclu que les NCD tels que préparés présentent la luminescence la plus faible dans l'eau en raison de la polarité la plus élevée dans six solvants. En outre, les pics d'émission des MNT ont tendance à se déplacer vers le rouge avec l'augmentation de la polarité du solvant, ce qui est communément identifié comme un effet dépendant du solvant. Lorsque la polarité du solvant augmente, le HB entre les NCD et six solvants devient plus fort et davantage de groupes de surface entourant le noyau cristallin de nitrure de carbone sont impliqués dans le mécanisme émissif, entraînant ainsi un décalage spectral des NCD vers des longueurs d'onde plus longues [36]. Par conséquent, on peut conclure que l'émission réglable des MNT pourrait être obtenue grâce à l'interaction entre les MNT et les solvants.

Effet de réaction réduite

Étant donné que les MNT ont de nombreux états de défaut de surface, il est plausible de modifier les groupes fonctionnels par réaction chimique. Afin de témoigner davantage de l'influence du post-traitement sur les MNT en dehors d'un effet dépendant du solvant, les MNT ont été traitées avec différentes concentrations de NaBH₄ comme agent réducteur allant de 0 à 0,04 µg/mL. Les spectres PL sont montrés sur la figure 3a, et on peut voir que l'intensité de fluorescence est grandement favorisée. De plus, la bande d'émission présente un décalage vers le bleu de 567 à 510 nm avec la concentration croissante de NaBH₄ (Fichier supplémentaire 1 :Figure S5a). Les photographies numériques des MNT traitées avec 0, 0,01 et 0,04 g/mL NaBH₄ sont illustrés à la Fig. 3b pour présenter leur couleur PL. Les spectres des MNT traitées avec 0,005 et 0,04 g/mL NaBH₄ sont tous deux déconvolués en deux pics de type gaussien identifiés respectivement comme pic 1 et pic 2 [40]. Comme le montre la figure 3c, lorsque les MNT brutes sont traitées avec 0,005  g/mL de NaBH₄ , le spectre PL est principalement dominé par le pic 1 à environ 565 nm avec un petit pic à 496 nm. Le spectre PL des MNT avec 0,04 g/mL NaBH₄ dans la Fig. 3d peut être divisé en deux pics avec une intensité presque égale. On peut conclure que l'ajout supplémentaire de NaBH₄ conduit à une augmentation évidente de l'intensité d'émission du pic 2 tandis que l'intensité du pic 1 reste presque inchangée. Les positions de pic spécifiques et les intensités PL du pic 1 et du pic 2 sous différentes concentrations de NaBH₄ sont présentés dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S5. Il est évident que l'intensité du pic 1 se maintient à un niveau stable tandis que celle du pic 2 montre une augmentation drastique (Fichier supplémentaire 1 :Figure S5b). De plus, le pic 1 a tendance à se déplacer vers des longueurs d'onde plus courtes tandis que le pic 2 reste presque inchangé (Fichier supplémentaire 1 :Figure S5c).

un Spectres PL des MNT traités avec différentes concentrations de NaBH₄ allant de 0 à 0,04  g/mL, λ _ex = 400 nm. b Photographies numériques de MNT traitées avec 0, 0,01 et 0,04  g/mL de NaBH₄ sous une lampe UV. Spectres PL déconvolués des MNT traités avec c 0,005 et d 0,04 g/mL NaBH₄ séparément avec deux bandes d'émission de pic 1 et pic 2. e Spectres d'absorption UV-vis des MNT traitées avec 0 et 0,04 g/mL NaBH₄ . f L'illustration schématique du processus d'émission proposé dans les MNT originales et réduites

Les compositions en éléments des MNT réduites (0,04 g/mL NaBH₄ ) ont en outre été caractérisés par XPS (Fichier supplémentaire 1 :Figure S6). Par rapport aux MNT brutes, la concentration croissante de NaBH₄ conduit à une proportion incrémentielle d'oxygène et à une teneur moindre en azote (Fichier supplémentaire 1 :Tableau S2). Les liaisons C=O existant dans les MNT d'origine pourraient être réduites à des liaisons C–O après l'ajout de NaBH₄ . Afin d'approfondir l'étude des propriétés optiques, les spectres d'absorption UV-vis des MNT traitées par 0 et 0,04 g/mL NaBH₄ sont illustrés à la Fig. 3e, qui présentent deux bandes d'absorption à environ 320 et 410  nm. Il semble qu'une concentration plus élevée de NaBH₄ conduira à une intensité plus élevée de la bande d'absorption centrée à environ 320 nm qui résulte de n –π * transition, qui pourrait être attribuée à une teneur plus élevée en C–O–C et moins de groupes contenant de l'azote [41, 42]. La diminution de la durée de vie du PL de 3,48 à 2,2  ns de MNT après traitement par NaBH₄ (Fichier supplémentaire 1 :Figure S7) a vérifié l'émission intrinsèque dérivée de (C–O–C) dans n –π * transition correspondant au travail précédent [26].

Le processus de transfert d'énergie réalisable sur le PL des MNT avec une concentration incrémentielle de NaBH₄ est illustré à la Fig. 3f. Les MNT telles que préparées sans NaBH₄ le traitement peut avoir un grand nombre d'états électroniques différents en raison des groupes contenant de l'oxygène et de l'azote. Une fois réduite, la concentration croissante d'états excités électroniquement liés à (C–O–C) joue un rôle dominant dans le PL des MNT sur la base des résultats XPS [40]. Le processus de recombinaison électron-trou lié à l'augmentation des états d'énergie conduit à une émission à des longueurs d'onde plus courtes ainsi qu'à une amélioration évidente de la PL. Combinée aux résultats expérimentaux, la présence de nombreux groupes fonctionnels de surface offre des possibilités d'émission réglable en ajustant la proportion relative des différents états d'énergie au moyen de la réduction [43,44,45,46].

Effet amélioré par le métal

Outre un effet de réaction réduite, l'introduction d'ions métalliques est un autre post-traitement efficace pour étudier les caractéristiques PL des MNT [47]. Afin d'exclure l'influence apportée par le pH, la stabilité des MNT telles que préparées est détectée sous différentes valeurs de pH, comme le montre la figure 4a. Apparemment, la solution neutre est l'environnement optimal pour les MNT, et donc, la solution d'eau tamponnée HEPES (pH 7,2) est adoptée. Nous étudions l'influence de différents ions métalliques sur les MNT en utilisant une méthode de titrage par fluorescence, et les contrastes d'intensité sont illustrés à la Fig. 4b. Fait intéressant, Ag ⁺ montre un effet significatif sur l'amélioration de la PL parmi les ions métalliques étudiés.

un Intensité des PL et position des pics des MNT dans différentes valeurs de pH. b Rapports d'intensité PL (F /F ₀ ) des MNT, F ₀ est l'intensité PL des NCD d'origine, tandis que F est celui des NCD traités avec différents ions métalliques (50µM). c Spectres PL des MNT traités avec les titrages croissants d'Ag ⁺ de 0 à 300 μM, λ _ex = 400 nm. d Graphique de l'intensité de fluorescence des MNT contre Ag ⁺ concentration dans la plage de 0 à 300 μM

Plus d'informations sur les spectres PL des MNT traitées avec différentes concentrations d'Ag ⁺ est présenté à la Fig. 4c. L'intensité de fluorescence des NCD à 566 nm augmente progressivement avec une concentration incrémentale d'Ag ⁺ , mais la position du pic ne change pas. Dans une tentative d'étudier plus avant une relation spécifique, le tracé de l'intensité de fluorescence des MNT contre Ag ⁺ la concentration est illustrée à la Fig. 4d. On peut conclure que le ∆F (F –F ₀ ) versus [Ag ⁺ ] présente une bonne gamme linéaire de 0 à 300 μM et le coefficient de détermination (R ² ) est de 0,992 [47]. Afin d'obtenir une meilleure compréhension de cette amélioration PL, les courbes de désintégration PL des MNT en l'absence et en présence d'Ag ⁺ avec la concentration de 200  μM sont complétés dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S8. Un changement subtil des durées de vie a pu être trouvé après l'incorporation d'Ag ⁺ en solution aqueuse de NCD, ce qui peut être attribué à la formation d'un complexe stable [48]. Selon un rapport précédent, Namasivayam et al. signalé que Zn ²⁺ pourrait augmenter l'intensité des CD en raison d'une association entre Zn ²⁺ et des groupes amine (−NH₂ ) présent en surface [49]. Afin d'étudier l'état de charge de surface, le potentiel Zeta des NCD en solution aqueuse est mesuré à − 34,0 mV, ce qui indique que la surface des NCD est chargée négativement et que les NCD sont plutôt stables. Après avoir introduit Ag ⁺ , le potentiel Zeta des MNT passe à − 27,8 mV, dont la valeur absolue était inférieure à celle de la solution brute. En raison de la diminution de la répulsion mutuelle, il est supposé que l'amélioration de la PL pourrait être déclenchée par les propriétés AIEE pour les groupes aminés abondants sur la base des résultats FT-IR et XPS [50]. L'agrégation des MNT traitées par Ag ⁺ est illustré dans le fichier supplémentaire 1 :Figure S9. Il semble que la répulsion électrostatique décroissante entre les QD conduise à l'agrégation, qui passive les états de défaut de surface des NCD et l'intensité PL des NCD est augmentée [27, 28, 51]. Ces résultats offrent un potentiel d'applications futures dans les domaines biologiques in vivo et aident à mieux comprendre le rôle des états de surface dans les propriétés PL des MNT.

Conclusion

Pour résumer, les MNT à émission jaune ont été synthétisées avec succès via une approche hydrothermale facile et trois post-traitements basés sur une réaction réduite dépendante du solvant et un effet amélioré par le métal ont été appliqués pour modifier les caractéristiques PL des MNT. Lorsqu'elles sont dispersées dans différents solvants, les NCD telles que préparées présentent une émission réglable et une amélioration de la PL attribuée à la liaison hydrogène entre les solvants et les NCD. De plus, l'ajout de NaBH₄ peut induire la réduction des liaisons C=O existant dans les MNT d'origine en liaisons C–O et ainsi entraîner l'amélioration de l'intrinsèque (n –π *) émission. De plus, la fluorescence renforcée par les métaux des MNT peut également être observée lors de l'ajout d'Ag ⁺ dans la solution NCD initiale, ce qui pourrait être attribué à l'amélioration des émissions induite par l'agrégation. Ces résultats révèlent que l'interaction entre les facteurs externes et les groupes fonctionnels de surface joue un rôle essentiel dans les caractéristiques de la PL, ce qui aide à comprendre le mécanisme spécifique de la PL.

Abréviations

AIEE :

Amélioration des émissions induite par l'agrégation

CD :

Points de carbone

DMSO :

Diméthylsulfoxyde

Ex. :

Éthylène glycol

FT-IR :

Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier

HB :

Liaison hydrogène

HEPES :

Acide 4-(2-Hydroxyerhyl)pipérazine-1-erhanesulfonique

HRTEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

MNT :

Points de carbone dopés à l'azote

OPD :

O-Phénylènediamine

PL :

Photoluminescence

QD :

Points quantiques

tr/min :

Révolution par minute

UV-vis :

Ultraviolet-visible

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

XRD :

Diffractomètre à rayons X