曲阜师范大学付强AOM: 元素掺杂碳化聚合物点：光学性质调控及其多样化应用

Wiley

2025-05-23

背景介绍

近年来，碳化聚合物点作为一种新型碳基纳米材料，因其独特的核壳结构所带来的优异相溶性、可调光学特性和多功能性，在生物医学、化学传感、光电器件以及信息加密等多个领域展现出了显著的应用潜力。自2013年Yang课题组通过小分子水热交联聚合实现超高量子产率碳化聚合物点合成以来，研究者们相继开发出多种元素掺杂策略以优化其性能。尽管元素掺杂策略已成功拓展了碳化聚合物点的光学性能，但当前研究仍面临关键挑战：首先，元素掺杂过程涉及复杂的碳核结构演变与表面态调控机制，如何精确控制掺杂元素的空间分布与化学状态仍缺乏系统性认知；其次，不同掺杂元素间的协同效应及其对多重发光中心的影响机制尚不明确，这对实现荧光和磷光发射的调控形成制约。为突破这些性能限制，通过氮、硫、磷等元素掺杂调控碳化聚合物点能带结构及表面功能化，可显著提升其光学特性与光化学稳定性，进而拓展其应用潜力。

近期，曲阜师范大学付强老师课题组报道了关于元素掺杂碳化聚合物点的制备、元素掺杂机制以及光学应用的综述文章。相关成果以“Elementally Doped Carbonized Polymer Dots: Control of Optical Properties and Their Versatile Applications”为题发表在光学材料类国际知名期刊Advanced Optical Materials上（DOI: 10.1002/adom.202403251）。

研究的主要内容介绍

本综述从合成方法、元素掺杂策略和应用三个方面回顾了元素掺杂碳化聚合物点的研究进展。首先，合成方法包括溶剂热法、水热法、微波辅助法以及其他方法的合成方法介绍元素掺杂碳化聚合物。其次，分为单元素掺杂和共掺杂两方面介绍了不同元素对碳化聚合物点的光学影响。然后，介绍了元素掺杂碳化聚合物点在荧光检测、光电器件、催化、生物成像、信息加密等方面的应用。最后，介绍并讨论了元素掺杂碳化聚合物点挑战与发展。

图1 关于元素掺杂的碳化聚合物点的合成与分类。

小结

本文全面总结了元素掺杂的碳化聚合物点的研究进展，涵盖其合成策略、不同掺杂元素的特性以及潜在的应用领域。通过深入分析多种合成方法对碳化聚合物点结构和光学性质的影响，本文详细探讨了单元素掺杂和多元素掺杂对材料性能的调控机制。研究发现，元素掺杂主要通过两种机制影响碳化聚合物点的性能：一方面，掺杂元素的电负性和原子尺寸差异能够有效调节材料的能带结构和化学构型；另一方面，增强聚合物链间的交联作用可以显著抑制非辐射跃迁，从而提升荧光或室温磷光性能。特别值得一提的是，核壳结构的创新设计进一步拓展了元素掺杂型碳化聚合物点的应用范围。凭借其独特的理化性质，这类材料在荧光传感、光电器件、生物成像以及催化等前沿领域展现出广阔的应用前景。

期刊简介

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。