2024年10月17日-19日，2024全国绿碳科学会议在青岛召开。国家杰出青年基金获得者、Green Carbon副主编、吉林大学杨柏教授应邀出席，并作题为“新型碳基纳米基元材料：碳化聚合物点”的特邀报告。

新型碳基纳米基元材料：碳化聚合物点

 背景介绍 

近年来，一种新型碳基纳米功能基元–碳点（CDs）得到了迅速发展。CDs可分为碳量子点（CQDs）、石墨烯量子点（GQDs）和碳化聚合物点（CPDs）。其中，CQDs和GQDs主要以不同种类的碳源，通过“自上而下”的物理或化学方法来制备；CPDs可通过多功能团单体及天然与合成大分子等为前驱体，经交联聚合、脱水碳化等“自下而上”的化学过程制备，是一类外层为聚合物链的核–壳结构的碳点，具有低毒、高发光效率、生物相容等优点。在本次报告中，杨柏教授系统介绍了课题组在碳化聚合物点领域的研究进展，并阐述了碳化聚合物点的应用方向和未来展望。

杨柏教授应邀在2024全国绿碳科学会议“绿色低碳材料专场”作特邀报告

 报告内容介绍 

1 碳点简介

碳基材料在材料科学的发展中发挥着重要作用。碳点（CDs）是碳家族中一颗冉冉升起的新星，因其优异且可调的光致发光、高量子产率、低毒性、小尺寸、可观的生物相容性以及丰富的低成本来源而受到广泛关注，在生物医学、催化、光电器件和防伪等许多领域提供了重要的应用。

碳点基于结构与性能可分为三大类：石墨烯量子点，碳量子点和碳化聚合物点。相关制备方法研究也可以分为三个阶段：第一阶段是始于2004年和2006年的“自上而下”物理过程制备荧光碳纳米粒子（Carbon nanoparticles）和碳点（Carbon dots）；第二阶段是自2010年开始的系列化学方法“自上而下”制备碳量子点（CQDs）和石墨烯量子点（GQDs）；第三阶段是开始于2012年的“自下而上”的化学方法，所合成的碳点主要归类于碳化聚合物点（CPDs）。目前，人们针对上述各类碳点均开展了大量的结构与性能和应用研究。

2 碳化聚合物点研究进展

杨柏教授从四个方面详细阐述了课题组在该领域取得的突破性进展以及对该领域的杰出贡献。

● 碳化聚合物点的合成方法

杨柏教授介绍了课题组在过去10多年发展的合成碳化聚合物点的方法，主要由有机小分子或大分子的缩聚以及不饱和单体的加聚，经过交联聚合诱导微相分离及脱水碳化而形成。包括从线型聚合物如聚乙烯醇脱水碳化后制备聚合物点；从小分子单体如柠檬酸和乙二胺交联聚合脱水碳化后制备碳化聚合物点材料，该材料具备很好的相容性和加工性能。进一步研究发现，制备碳化聚合物点的单体种类多样，氨基酸、药物小分子甲硝唑、小分子和聚合物的混合物如聚丙烯酸和乙二胺、生物质都可用于碳化聚合物点材料的合成。

● 碳化聚合物点高效发光机制

杨柏教授介绍了国际上主流的几种发光机制：a）来自核的本征能级；b）来自CPDs中荧光小分子的结构（类似IPCA结构）；c）来自表面结构/核壳结构杂化作用形成的能级；d）交联作用限制振动转动使分子态发光增强。之后杨柏教授详细阐述了课题组在分子态IPCA以及交联增强发射效应（CEE）影响发光机制领域的研究进展和贡献。该突破性研究成果获得了国际上很多课题组的支持、认可和引用。

● 碳化聚合物点的微观结构

杨柏教授课题组提出了碳化聚合物点的结构是一种核壳结构，其中核是高度交联的聚合物或者碳原子晶格，而壳是聚合物链，并通过实验手段验证了壳部分聚合物链的结构，与国际上其他课题组的相关工作相互印证确认了核壳结构的尺寸。

● CPDs的形成机理

杨柏教授课题组经过十多年在CPDs形成机理方面的不懈努力，今年于Angew. Chem. Int. Ed.杂志上提出了CPDs形成的驱动力，即交联诱导微相分离形成的微相区促进成核碳化。

3 应用方向和展望

杨柏教授课题组于2020年在ACS Central Science的邀稿综述中详细总结了碳化聚合物点由于其高量子产率、强吸收、稳定性好、环境友好、生物相容性等优点，广泛应用于光电材料和器件、光电催化剂、生物医用材料、传感材料、防伪检测材料等领域。

面向未来，杨柏教授建议在基础研究方面聚焦包括核-壳微结构、CEE相关发光机制、分子态中心结构以及交联-聚合-碳化过程机制的研究；在应用研究方面聚焦药物和其他生物医用领域、CPDs光学材料特别是折射率的调控、表面修饰和功能性助剂以及能源、光电材料等。

作为中国材料研究学会碳点功能材料分会主任委员，杨柏教授组织了多次相关会议，并对未来该领域的蓬勃发展充满信心。

专家介绍

杨柏 教授

杨柏，吉林大学化学学院教授、Green Carbon副主编。1999年国家杰出青年科学基金获得者/教育部“长江学者”特聘教授，曾任超分子结构与材料国家重点实验室主任、吉林大学化学学院院长，研究方向为聚合物光功能材料，主要聚焦碳化聚合物点、半导体纳米晶等基元材料的合成、复合与杂化及高性能光学材料研究。已发表SCI论文780余篇，被引用6万余次（H-115），单篇最高被引用3650余次，近年来连续入选爱思唯尔中国高被引学者和科睿唯安全球高被引学者榜单。作为第一完成人2010年获国家自然科学奖二等奖，2009年获吉林省高等教育省级教学成果一等奖，2007年和2021年两次获得吉林省科学技术进步一等奖。现为中国化学会会士、中国材料研究学会碳点功能材料分会主任委员。

 原文链接 

杨柏教授与Green Carbon | 新型碳基纳米基元材料：碳化聚合物点

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