Engineered full-color-emissive lignin carbon dots enable selectively fluorescent sensing of metal ions

荧光 碳纤维 水溶液中的金属离子 纳米技术 光致发光 化学 木质素 材料科学 发光 光化学 猝灭(荧光) 离子 有机化学 光电子学 复合材料 物理 复合数 量子力学
作者
Xinyan Hou,Jikun Xu,Pengfei Zhou,Lin Dai,Jiaming Zhang,Xiao Xiao,Chuntao Zhang,Kaifu Huo
出处
期刊:Industrial Crops and Products [Elsevier]
卷期号:192: 116116-116116 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.indcrop.2022.116116
摘要

As a burgeoning luminescent unit, multifaceted carbon dots (CDs) from ideally sustainable and aromatic-like lignin biopolymer have been igniting the renaissance to alleviate the bimodal anxieties of carbon neutrality and ecological environment. However, the dilemma of synthesizing full-color-emissive CDs with a modulated solvent-engineering is hugely lopsided which severely impedes the illumination of linking their photoluminescence mechanism and selective metal-ion-sensing functions. Herein, the solvent-engineered, lignin-derived multicolor CDs (blue, green, yellow, and red light) with a distinctively well-defined nanostructure consisting of sp2/sp3-hybridized carbon skeleton and partially surface-functionalized domains (e.g., –OCH3, –OH, –COOH, and N, S co-doping) are proposed to maneuver the molecular-structure-sensing correlations. We found that full-color N, S co-doped CDs with a narrow size distribution of 2.13–2.63 nm have the rapidly selective quenching abilities to fluorometrically probe the explicit metal-ion systems of Fe3+, Ag+, Cu2+ and/or Al3+ under a wide response range (0–500 μM) with high accuracy. The factors of lignin molecular state, quantum size, zeta potential, electrostatic and cation-π interactions that endow their unique fluorescence, real-time and sensitive monitoring provoked by polar solvents are comprehensively highlighted. Hence the present attempt not only provides a scalable tactic to rationally nanoscale-design lignin valorization with a blueprint of expanding the biorefining toolbox, but also paves the avenue to forecast specific metal-ion recognition of multicolor CDs coordinating molecular structure and photophysical properties.
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