LUMiSizer®表征碳量子點材料在不同離子濃度下的穩定性

蹭一波熱點，引文“北京時間10月4日17時45分許，瑞典h家科學院宣布，將2023年諾貝爾化學獎授予美國麻省理工學院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美國哥倫比亞大學教授路易斯·E·布魯斯(Louis E. Brus）和美國納米晶體技術公司前科學家阿列克謝·伊基莫夫(Alexei Ekimov)，以表彰他們在發現和合成量子點（quantum dots）方面作出的貢獻。"下文是對量子點材料在不同離子濃度下的穩定性的評估。

量子點（Quantum Dot）又稱為半導體納米晶體，由數百或者數千原子組成的直徑小于20nm(納米,10-9米)的晶體顆粒。最常見的量子點由II - VII族、III - VI族或I - III - VII族元素組成。量子點具有光學性能，其中之一便是不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光，其發光顏色可以覆蓋從藍光到紅光的整個可見區，具有色純度高、壽命長、穩定性好、可定制顏色等特點。事實上，量子點技術早已在顯示產業應用落地。并且，顯示只能算量子點技術應用的一道“開胃菜"，未來，生物成像、傳感器、太陽能電池、載藥等都將成為量子點技術的應用落地場景。通常，制造量子點的材料是有毒的硫化鎘，而鎘制造的量子點的商業應用前景不廣。但是碳量子點的出現讓量子點的應用場景一下子開闊了起來，而且拓寬了我們對碳這種元素的認識。碳量子點是2004年才被發現的物質，發現者是南卡羅萊納大學的一位叫做 Xiaoyou XU 的華裔化學家。

為探究CQD在不同離子濃度下的穩定性，分別準備以下4種樣品：新鮮合成的 CQD、再分散在去離子水中的CQD、再分散在API鹽水（8 wt% NaCl and 2 wt% CaCl2）中的CQD以及通過層析柱實驗收集的CQD樣品（Effluent sample）。

穩定性表征：

通過記錄穿過樣品的近紅外光(NIR)的傳輸來表征幾種CQD懸浮液對高鹽度的穩定性，樣品由LUMiSizer® 611離心分析。將懸浮液（0.5 mL）填充到光程為 2 mm 的PA管中，然后以2800 rpm（光因子 1、40 °C、865 nm NIR）離心約 47 分鐘，相當于自然存放32天。通過“stability analysis"和“front tracking analysis"功能模塊計算CQD的不穩定指數和沉降速度。值得注意的是，在近紅外光下，量子點激發發射不會給檢測到的光傳輸帶來誤差，因為當激發波長高于460 nm時，熒光強度可以忽略不計。

通過 LUMiSizer® 對四種類型的樣品進行了穩定性分析。圖A至圖C的結果表明，所有檢測的樣品都是穩定的并且不穩定指數較低。相應地，透光率曲線顯示所有樣本隨時間的變化可以忽略不計。在圖A中，分散在API鹽水中的CQD在以2800rpm的轉速離心47分鐘后僅表現出不穩定指數的小幅增加，相當于實時32天。合成后原始CQD的不穩定指數也很小，但仍比API鹽水中的不穩定指數高很多。這意味著，與分散在去離子水中的CQD的穩定性指數（具有第二高的不穩定指數（圖B）和最高的沉降速度（圖C））相比，離子（Na⁺和 Ca²⁺）實際上促進了CQD分散在API鹽水中的穩定性并產生z低的不穩定指數和沉降速度。流過層析柱的多孔介質稍微增加了CQD的不穩定指數，但它仍然保持了良好的穩定性，如圖C中的低沉降速度所示。