合成碳点（CDs）的策略
引言
随着纳米科技的快速发展，碳点（CDs）因其独特的光学性质、生物相容性和低成本而成为研究的热点。CDs在生物成像、传感器、光电器件等领域展现出巨大的应用潜力。然而，合成CDs的方法对环境的影响也引起了人们的关注。因此，绿色化学原则在CDs的合成中扮演着重要角色。本文将探讨自下而上与自上而下两种合成CDs的策略，以及如何实现环保、高效的CDs生产。
自下而上的合成策略
自下而上的策略是从分子或原子级别开始，逐步构建碳结构，最终形成所需的纳米级CDs结构。这种方法通常使用有机小分子或前体作为起始材料，并通过各种合成过程来合成CDs。
水热法
水热法是一种高效、绿色的合成CDs的策略。该方法使用水作为溶剂，在中等温度和压力下运行，利用生物质、废料或富含碳的前体作为碳源。CDs在密封容器中通过加热和压力作用形成。尽管水热法具有成本效益、环保性和无害方法等优点，但其主要缺点是收率低，尺寸分布不受控制，且存在杂质。
微波辅助合成方法
微波辅助合成方法通过微波辐照加热反应混合物，加速CDs的合成。这种方法使用绿色前体，如材料提取物或部分干燥和研磨的内容物，通过微波炉照射实现CDs的快速合成。尽管存在控制粒径的困难，但微波辅助合成方法的主要优点是易于获取、能耗效率高、反应时间短。
热解法
热解法是一种基于有机前体在无氧条件下分解的热处理过程。通过施加温度变化在160至1000°C之间，形成富碳材料。热解法提供了一种通用且可扩展的合成CDs的方法，具有可控的尺寸、表面功能化和光学特性。然而，碳源可能被过度氧化，CD的表面结构可能会改变，从而影响CD的光学性能。
自上而下的合成策略
自上而下的策略包括电化学合成、激光烧蚀、化学氧化法、超声处理法和电弧放电合成等方法。
电化学法
电化学方法涉及在电解质溶液中电解合适的碳源，包括有机分子或生物质。该方法使用电力作为能源，无需高温或危险化学品。电化学合成是一种经济、环保和可持续的方法，用于高效合成具有高纯度和重现性的CDs。然而，它需要特定的步骤和专门的设备，可能会限制CD的可扩展性。
激光烧蚀方法
激光烧蚀法通过激光诱导分解碳靶材的过程有效地应用于CD的合成。它涉及用高强度激光脉冲照射碳基固体目标，导致目标材料的汽化和碎裂。由此产生的羽流含有汽化的碳物质，随后经过缩合和重组，形成CD。尽管激光烧蚀法具有CD尺寸可控、纯度高、重现性强的优点，但其缺点是工艺成本高、量子产率低。
化学氧化法
化学氧化法具有选择性强、易于大规模合成等优点。在这种策略中，使用各种氧化剂对常规或生物质衍生的碳源进行处理。例如，通过一步臭氧氧化策略有效利用廉价长焰煤合成绿色CDs。这种方法简单、成本低，且能够高效合成绿色CDs。
超声波处理方法
超声波处理方法通过高能超声波将碳分子分解成CD。这种方法具有简单、低成本的优点，但其主要缺点是所获得的CD的产量低。
电弧放电方式
电弧放电方式通过利用高压电流到石墨电极，导致碳物种蒸发和随后冷凝形成碳纳米颗粒或团簇，然后可以进一步转化为CD。尽管电弧放电法是生产CD的可行方法，但其主要缺点是尺寸分布大、操作复杂、收率低。