Synthesis and Properties of Nitrogen-Doped Carbon Quantum Dots Using Lactic Acid as Carbon Source

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作者
Kaixin Chang,Qianjin Zhu,Liyan Qi,Mingwei Guo,Woming Gao,Qinwei Gao
出处
期刊:Materials [MDPI AG]
卷期号:15 (2): 466-466 被引量:37
标识
DOI:10.3390/ma15020466
摘要

Nitrogen-doped carbon quantum dots (N-CQDs) were synthesized in a one-step hydrothermal technique utilizing L-lactic acid as that of the source of carbon and ethylenediamine as that of the source of nitrogen, and were characterized using dynamic light scattering, X-ray photoelectron spectroscopy ultraviolet-visible spectrum, Fourier-transformed infrared spectrum, high-resolution transmission electron microscopy, and fluorescence spectrum. The generated N-CQDs have a spherical structure and overall diameters ranging from 1-4 nm, and their surface comprises specific functional groups such as amino, carboxyl, and hydroxyl, resulting in greater water solubility and fluorescence. The quantum yield of N-CQDs (being 46%) is significantly higher than that of the CQDs synthesized from other biomass in literatures. Its fluorescence intensity is dependent on the excitation wavelength, and N-CQDs release blue light at 365 nm under ultraviolet light. The pH values may impact the protonation of N-CQDs surface functional groups and lead to significant fluorescence quenching of N-CQDs. Therefore, the fluorescence intensity of N-CQDs is the highest at pH 7.0, but it decreases with pH as pH values being either more than or less than pH 7.0. The N-CQDs exhibit high sensitivity to Fe3+ ions, for Fe3+ ions would decrease the fluorescence intensity of N-CQDs by 99.6%, and the influence of Fe3+ ions on N-CQDs fluorescence quenching is slightly affected by other metal ions. Moreover, the fluorescence quenching efficiency of Fe3+ ions displays an obvious linear relationship to Fe3+ concentrations in a wide range of concentrations (up to 200 µM) and with a detection limit of 1.89 µM. Therefore, the generated N-CQDs may be utilized as a robust fluorescence sensor for detecting pH and Fe3+ ions.
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