微等离子体技术绿色合成羧甲基纤维素衍生碳量子点及其光学性能调控研究

本研究针对传统碳量子点(CQDs)合成方法毒性高、能耗大的问题，创新性地采用微等离子体技术，以生物质衍生物羧甲基纤维素(CMC)为前驱体，在常压条件下成功制备出具有表面富羧基功能团的碳量子点(QCMC)。通过调控NaOH浓度(0-0.5 M)，实现了粒径减小至1.3 nm、荧光量子产率达41.8%的蓝光发射(418 nm)，为绿色合成高性能CQDs提供了新策略。

　　

在纳米材料研究领域，碳量子点(Carbon Quantum Dots, CQDs)因其独特的光电性能和生物相容性，已成为替代传统半导体量子点(如CdSe、PbS等含重金属量子点)的理想材料。然而，现有合成方法普遍面临反应条件苛刻、能耗高、产物均匀性差等挑战。特别是以生物质为前驱体时，常规水热法往往导致产物荧光量子产率低、尺寸分布宽等问题。如何实现绿色、高效、可控的CQDs合成，成为制约其实际应用的关键瓶颈。

针对这一科学难题，来自泰国清迈大学的Jirasak Sukunta团队创新性地将微等离子体技术应用于生物质衍生CQDs的制备。研究人员选择羧甲基纤维素(CMC)这一富含羟基和羧基的纤维素衍生物作为碳源，通过大气压氩气微等离子体处理，在无需高温高压的条件下，成功制备出具有表面富羧基功能团的碳量子点(QCMC)。该研究系统考察了NaOH浓度(0-0.5 M)对CMC水解、解聚、碳化过程的调控作用，为生物质基CQDs的可控制备提供了新思路。

研究主要采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、荧光光谱和透射电子显微镜(TEM)等技术进行表征。通过动态光散射(DLS)分析胶体稳定性，并选用罗丹明6G(R6G)作为参照计算量子产率(QY)。

UV-Vis吸收分析显示，随着NaOH浓度增加，QCMC在266 nm处的π-π*跃迁吸收峰显著增强，表明碱性条件促进了CMC的芳香化。FTIR谱图中1424 cm^-1处COO^-对称伸缩振动的增强，证实了表面羧基功能化的形成。荧光测试表明，QCMC-0.5M在315 nm激发下呈现418 nm的蓝光发射，量子产率达41.8%，较未添加NaOH的样品(QCMC-0)提升2.5倍。TEM观测显示QCMC-0.5M具有1.3±0.5 nm的均匀粒径，且无聚集现象。DLS结果进一步证实了其良好的胶体分散性。

研究揭示了微等离子体合成QCMC的机理：NaOH首先促使CMC解聚为葡萄糖单体，随后等离子体产生的活性物种(Ar*、•OH等)引发碳化反应。光学发射光谱(OES)检测到763.9 nm的Ar(1s₅-2p₆)特征峰，证实了高能电子转移过程。这种"碱性预处理-等离子体碳化"的协同作用，实现了CMC向高荧光量子点的高效转化。

该研究的创新价值在于：首次将微等离子体技术应用于CMC衍生CQDs的绿色合成，突破了传统方法对高温高压的依赖；通过调控NaOH浓度实现了粒径与表面化学的精确控制，为生物质基量子点的性能优化提供了新范式；所获QCMC具有优异的蓝光发射特性，在生物成像、光电器件等领域展现出应用潜力。这项工作为发展可持续的纳米材料制备技术提供了重要参考，也拓展了农业废弃物高值化利用的新途径。