Carbon Quantum Dots from Amino Acids Revisited: Survey of Renewable Precursors toward High Quantum-Yield Blue and Green Fluorescence

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作者
Anna Kolanowska,Grzegorz Dzido,Maciej Krzywiecki,Mateusz M. Tomczyk,Dariusz Łukowiec,Szymon Ruczka,Sławomir Boncel
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:7 (45): 41165-41176 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsomega.2c04751
摘要

Carbon quantum dots (CQDs) were synthesized via a green, one-step hydrothermal method. As CQD precursors, nine amino acids of different structural descriptors (negatively/positively charged in water, polar, hydrophobic, sulfur-containing, and other/complex ones) were surveyed: Asp, Cys, Gly, His, Leu, Lys, Phe, Pro, and Ser. The reactions were performed in an autoclave in the presence of citric acid at 180 °C for 24 h and yielded core–shell CQDs. CQDs were comprehensively characterized by transmission electron microscopy, dynamic light scattering, Raman, UV/Vis, infrared, X-ray photoelectron spectroscopy, and fluorescence spectroscopy. At the excitation wavelength of λex = 350 nm, Cys-, Phe-, Leu-, and Lys-based CQDs displayed the highest quantum yield blue fluorescence─90 ± 5, 90 ± 4, 87 ± 5, and 67 ± 3%, respectively─superior to the conventional fluorescent dyes. Strikingly, for Lys- and Phe-CQDs, dissimilar trends in the excitation–emission wavelength relationships were identified, that is, constantly strong red shifts versus excitation wavelength-independent emission. Cys- and Lys-CQDs were water-dispersible toward the narrow unimodal distribution of hydrodynamic diameters─0.6 and 2.5 nm, respectively. Additionally, Lys- and Cys-CQDs, with high absolute zeta potential values, formed stable aqueous colloids in a broad range of pH (2, 7, and 12). The results constitute important premises for water-based applications of CQDs, such as bioimaging or photocatalysis.
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