综述：废物衍生的碳纳米点和基于复合材料的荧光探针：废物前体、合成及其在检测内分泌干扰化学物质中的应用

《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》：Waste-derived carbon nanodots and composites-based fluorescence probes: Waste precursors, synthesis, and application for detection of endocrine-disrupting chemicals.

　　

碳纳米点（CNDs）是一类特殊的碳点材料，具有优异的特性，包括生物相容性、稳定性和光学性能，并被应用于各个领域。在本综述中，研究人员首先概述了荧光传感的原理、荧光团的选择以及碳纳米点（CNDs）作为首选荧光材料。然后讨论了各种废物碳纳米点（CNDs）前体、常用的合成路线和表征。研究人员还比较了从不同废物前体和合成技术获得的废物衍生碳纳米点（CNDs）的特性和性能。研究人员进一步研究了基于废物衍生碳纳米点（CNDs）的荧光传感器应用的最新进展。这些应用涵盖实时和现场监测。本综述还旨在强调在克服废物衍生碳纳米点（CNDs）历史局限性方面的进展，促进其广泛使用，并进一步激发对废物衍生碳纳米点（CNDs）和基于复合材料的荧光检测在各个领域的兴趣。

1. Introduction: 引言部分阐述了水污染对人类和生态健康的威胁，指出城市化、工业化和农业活动引入的污染物，尤其是内分泌干扰化合物（EDCs），可模仿、改变或阻断激素，与神经、生殖、代谢及致癌问题相关。传统检测方法如色谱法、光谱法等虽准确，但成本高、操作复杂、耗时，限制了现场实时分析。荧光传感技术因其操作简单、高选择性、灵敏度、快速响应及可微型化成为替代方案。荧光传感器依赖荧光团，碳纳米点（CNDs）因其生物相容性、低毒性、化学稳定性等优异性能，成为理想荧光材料。近年来，废物衍生前体和绿色合成方法被用于制备可持续荧光CNDs。本综述聚焦于废物衍生CNDs和纳米复合材料在EDCs检测中的应用，讨论前体、合成方法、表征、传感机制、性能，并展望未来挑战和前景。

2. Methodology of review: 综述采用系统文献检索方法，涵盖Google Scholar、Web of Science、Scopus等数据库，使用关键词如“CNDs合成”、“废物衍生CNDs荧光传感”、“内分泌干扰物荧光检测”等，结合布尔运算符优化搜索。文献筛选基于英文标题、摘要及相关性，时间范围为2021至2025年，并利用“引用”和“相关文章”扩展来源。

3. Waste derived carbon nanodots: 废物衍生CNDs因环境和经济优势受到关注，可将低价值废物转化为高价值纳米材料，符合绿色化学和循环经济理念。全球研究兴趣呈指数增长，化学领域占主导（67%），材料科学、环境科学等也有贡献。关键词共现分析显示，荧光淬灭是主要机制，重金属检测是主要目标，近年研究趋势向智能手机辅助检测和机器学习等便携智能传感技术发展。

3.1 CNDs precursor: CNDs性质受前体类型影响，前体分为家庭、农业和工业副产物。家庭废物包括厨余、塑料等；塑料废物如PET、PP、PE等，可转化为CNDs；工业及农业废物如橙皮、烟草残渣等也被利用。前体多样性赋予CNDs丰富官能团和自掺杂特性。

3.1.1 Domestic waste-derived CNDs: 全球人口增长导致家庭废物激增，其中富含碳、合成聚合物、纤维素等，可通过回收和升级利用制备CNDs。

3.1.2 Waste plastic-derived CNDs: 塑料废物因非生物降解性造成污染，研究将其转化为CNDs，如从塑料杯、塑料袋等制备发光碳点（CDs）。

3.1.3 Industrial and agro-industrial waste-derived CNDs: 工业及农业废物如橙皮被用于制备光致发光CDs，其性能与化学合成CNDs相当。

3.2 CNDs synthesis methods: 合成方法影响CNDs质量、光学性能及稳定性，分为自上而下（如电弧放电、激光烧蚀）和自下而上（如微波辅助、热解、水热/溶剂热）方法。方法选择受成本、资源、环保性和可扩展性影响。

3.2.1 Microwave-assisted method: 极快（如100秒至17分钟），但快速加热导致异质成核，量子产率（QY）中等（0.33%-10.05%），可控性差，实验室微波反应器可提高重现性。

3.2.2 Pyrolysis: 简单可扩展，需精确控温。如从废榛子壳合成CNDs，最佳温度315°C、3小时获得最高QY，温度过高导致结构降解。

3.2.3 Hydrothermal/solvothermal: 广泛使用，环境友好，可控制反应环境，QY从4%提升至26%（如辣木叶），但反应时间较长。

3.2.4 Ultrasonication method: 温和、快速，但尺寸控制不均，重现性差，如从摩托车尾气碳黑合成CNDs。

3.2.5 Chemical oxidation method: 强氧化剂引入氧官能团，如从烟草残渣合成CNDs，QY可达3.1%，但可能引入杂质。多种方法可联用，如热解+水热、水热+电化学等，以优化性能。

3.3 Characterisation of waste-derived CNDs: 表征技术包括TEM/SEM（准球形、<10 nm）、XRD（无定形或部分结晶）、Raman（D和G带，ID/IG>1）、FTIR和XPS（表面官能团）、UV-Vis（π-π^*和π-n^*跃迁）及PL（激发依赖荧光）。大多数废物衍生CNDs呈现蓝色荧光，QY较低（<5%至65%），但通过掺杂可提高。

3.4 CNDs composites: 为克服原始CNDs的局限性（低QY、稳定性差等），采用掺杂、功能化、钝化和纳米复合策略。

3.4.1 Heteroatom doping: 掺杂N、S、B等原子可增强电子结构、光学性能、QY及活性位点。如N/S掺杂辣木叶CNDs，PL强度增强，呈激发独立行为。

3.4.2 Functionalisation/passivation: 引入乙二醇等功能基团，调节电子和能量转移，改善光学性能。

3.4.3 hybrid nanocomposite: 与MOFs、MIPs、导电聚合物或金属纳米粒子复合，提高选择性、稳定性及灵敏度。如将胡椒CNDs与钴铁纳米粒子及MIPs复合，实现超低检测限（LOD 0.001 μM）。

3.4.4 Mechanistic comparison: 原始CNDs依赖表面缺陷，掺杂CNDs通过引入缺陷态增强电荷转移和活性位点，杂化纳米复合材料通过界面协同实现高效识别和荧光信号放大。

3.5 Fluorescence sensing mechanisms: 荧光传感机制包括静态淬灭（基态非荧光复合物）、动态淬灭（激发态碰撞）、内滤效应（IFE）、光诱导电子转移（PET）和荧光共振能量转移（FRET），以及开启荧光（turn-on）。开启机制因信号增强更适用于现场检测，但较少报道。

4. Application of waste-derived CNDs-based fluorescence detection for EDCs: 废物衍生CNDs用于检测多种EDCs，如农药（毒死蜱）、重金属离子（Fe³⁺、Cu²⁺、Hg²⁺）、药物（氟芬那酸）等。水热法最常用，QY差异大，掺杂可显著降低LOD。淬灭机制占主导，开启机制罕见。多数研究实现低μM级LOD，回收率90%-110%，表明废物衍生CNDs在环境监测中的实用性。

5. Comparison of waste derived with conventional carbon nanodots fluorescent sensing probes: 与量子点、染料、传统CNDs等相比，废物衍生CNDs成本低、可持续、毒性低，但量子产率可能较低，且前体异质性影响批次重现性。

6. Translation of waste derived CNDs into practical analytical devices: 废物衍生CNDs向便携设备转化仍处初期，需解决固载、荧光损失、扩散限制及基质干扰等问题，标准化协议是未来方向。

7. Current challenges regarding waste derived CND and future work: 主要挑战包括废物前体异质性、合成参数报告不足、表征不完整，导致重现性差。未来应利用人工智能和机器学习加速优化，建立标准化可持续性指标。

8. Concluding remarks: 废物衍生CNDs作为可持续荧光纳米材料，在EDCs检测中展现潜力，掺杂和纳米复合策略可提升性能，开启机制和便携化是未来重点。