《RSC Applied Polymers》：Upcycling plastic waste into high-value carbon dots: a reviewOpen Access
塑料废弃物的产生已被认为是当前地球上最令人担忧的环境问题之一，影响着全球经济、自然生态系统以及全球所有形式的生命。由于这一日益严重的威胁，必须开发更安全、更环保的传统塑料处置方法的替代方案，或将塑料废弃物转化为增值的碳质纳米材料，如活性炭、石墨烯、碳纳米管（CNTs）、多孔碳和碳点（CDs）。其中，碳点因其多种优势而受到极大关注，例如生物相容性、无毒性、高溶解性、稳定性、优异的光致发光特性，以及在发光二极管、生物成像、传感器、催化、防伪、安全油墨等众多应用中的多功能应用潜力。在此，研究人员对用于合成塑料废弃物衍生碳点的自下而上和自上而下方法进行了总结。此外，还强调了这些碳点合成的最新进展，并考察了它们在不同领域的应用。本文还从前瞻性视角讨论了由塑料废弃物生成的碳点所面临的机遇与挑战，特别是与工业可扩展性和可持续性相关的挑战。
1. 引言
塑料占全球废弃物的重要部分，约占家庭废弃物的10%以及海滩和海洋废弃物的60%–80%。COVID-19疫情进一步加剧了塑料造成的污染，这是由于一次性物品（如个人防护装备（PPE），例如外科口罩）、消毒剂瓶和包装材料的使用增加，以及医疗废弃物的产生。从COVID-19疫情开始到2022年，估计已有26 000公吨与疫情相关的塑料废弃物进入世界海洋。全球范围内，约14%的塑料包装废弃物被回收，其余则在环境中积累。如果当前模式持续下去，到2050年，塑料废弃物总产生量预计将达到约12 000百万公吨。塑料主要由重复合成单体单元形成的有机聚合物链组成。塑料通常根据尺寸分为三类：纳米塑料（<1 μm）、微塑料（<5 mm）和大塑料（>5 mm）。其中，微塑料和纳米塑料在全球范围内普遍分布，对人类健康、水生生物和环境可持续性构成相当大的风险。塑料在环境中极为持久，对生物体构成长期危害。尽管它们通过光降解和热氧化、水解及生物过程发生降解，但大多数塑料聚合物不可生物降解，并碎裂成微塑料和纳米塑料。这些颗粒容易被水生生物摄入，并可进入人类食物链，导致慢性健康影响。因此，微塑料已成为一个主要的全球性问题，引起了欧盟委员会等国际机构的关注。此外，海洋水域中的塑料颗粒可能释放有毒污染物，包括双酚A（BPA）、多溴二苯醚（PBDEs）、壬基酚、多氯联苯（PCBs）、二氯二苯三氯乙烷（DDT）和多环芳烃（PAHs），通过摄入和生物放大作用对水生生态系统和人类健康构成严重风险。
当前应对每年产生的大量塑料废弃物所带来挑战的全球方法主要包括再利用、减量和回收策略，其中机械回收似乎特别有效。然而，机械回收需要近乎均匀的塑料流，难以处理受污染的非均匀流，有时由于混合和杂质原料的降解而导致严重的降级回收。因此，由于缺乏足够的回收基础设施，现有的塑料废弃物管理范式显然是不可持续的。
升级回收会产生一种全新的、价值高于原始塑料废弃物的产品。尽管具体方法取决于待升级回收的塑料类型，但废弃塑料的主要升级回收策略可大致分为（i）物理方法（包括溶解-沉淀法）、（ii）化学方法（包括溶剂解方法，如水解、糖酵解、甲醇解和氨解）、（iii）热化学方法（包括热和电热方法，如气化、热解、水热处理和闪蒸焦耳加热）以及（iv）新兴和混合方法（包括微生物辅助、微波辅助、超声辅助和光重整方法）。溶解-沉淀法需要极低或无需加热，提供优异的污染物去除效果，并产生接近原始质量的聚合物。然而，该方法依赖大量有机溶剂，这增加了工艺成本和环境影响。大多数化学过程具有高产率的优势，并可优化以在较温和条件下运行；然而，根据塑料的性质，操作和反应复杂性以及对有毒溶剂管理的需求，有时限制了这些策略的适用性。热化学策略是获得高价值产品（如燃料、石脑油、合成气和碳纳米材料）最常用的方法。该方法的主要限制与高热量消耗及相关能源成本有关。新兴和混合方法，如微生物辅助、光重整、超声辅助和微波辅助方法，主要旨在提供更温和的加工条件以及更环保和节能的途径，以生产高价值产品。然而，产品产率的变异性、可扩展性和设备成本限制了这些方法在大规模实施中的应用。许多新兴和混合升级回收方法显示出将塑料废弃物转化为高价值碳材料（如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、碳点和药品）的巨大潜力，从而通过减少填埋、降低水和海洋污染、减少对化石燃料的依赖以及促进循环经济等多项优势为可持续性做出贡献。例如，最近一项关于消费后PET瓶的研究表明，废弃塑料衍生的芳香族单体可转化为用于治疗神经系统疾病的高价值药物。塑料废弃物相关的环境影响、挑战和可能前景在过去几十年中导致了大量关于塑料废弃物回收和升级回收的综述和研究论文。
由于塑料材料中碳含量高，它们可以通过创新回收方法转化为多种碳质材料，包括碳纳米管、石墨烯和石墨烯纳米片、活性炭纤维、碳微球和石墨。特别是，多项研究表明可回收塑料可以成功转化为碳点（CDs）。碳点是准零维碳纳米材料，自2004年Xu等人在纯化碳纳米管过程中偶然发现以来，已获得相当大的关注。碳点通常具有小于10 nm的球形形态，由非晶碳和纳米晶sp2/sp3碳核组成，表面装饰有含氮或含氧官能团。由于其高量子产率（QY）、可调且稳定的光致发光、低毒性、成本效益高的合成以及优异的生物相容性，碳点在生物成像、传感、药物递送、离子检测、光电器件、导电油墨和光催化等领域得到广泛应用。多色光致发光发射是其最具吸引力的特征之一，使其在白光发光二极管（WLEDs）中具有潜在应用。虽然早期碳点是通过使用石墨或石墨烯的能量密集型自上而下方法合成的，但最近的努力集中在使用有机分子和富碳聚合物作为前体的低能耗自下而上方法。
作为一种新型碳材料，碳点已成为无机量子点和配合物的有前景的可持续替代品，从而激发了显著的研究兴趣，过去二十年该领域出版物的激增证明了这一点。然而，现有研究和出版物主要集中在回收和升级回收塑料废弃物的方法，以及主要从石油基化学品或生物基前体制备碳点的工艺和方法。因此，本工作主要聚焦于从塑料废弃物合成的碳点，这已成为一种有吸引力的替代起始材料，有潜力解决两个问题：基于塑料废弃物的环境污染和替代传统无机量子点。此外，研究人员饶有兴趣地注意到，可再生生物质、废弃生物质和食品衍生材料已被热情地用于成功合成碳点，迄今已有许多综述报道。然而，专门关注塑料废弃物衍生碳点的报道仍然有限。鉴于这些事实，本研究提供了专门针对以废弃塑料为起始材料合成的碳点的聚焦综述，这些碳点具有有趣的可能性，并有望成为未来用于多种先进应用的材料。本文还从可持续性和绿色化学原理的角度，强调并比较了不同工艺、方法和可扩展性考虑因素。
2. 碳点的一般合成方法
生产碳点主要有两种合成方法：自下而上和自上而下方法。在自上而下方法中，较大的碳质资源通过激光烧蚀、电化学合成、超声处理、电弧放电和化学或酸氧化等方法转化为碳点。然而，自下而上方法使用前体分子，通过微波处理、燃烧或热处理或其他类似技术分解以合成碳点。根据粗产物的性质和预期应用，通常采用离心、透析和电泳等纯化或分离技术去除未反应的前体和其他碳质杂质。
2.1. 碳点合成的自上而下方法
电弧放电过程涉及在惰性气氛（Ar或He）中使用高能电弧气化石墨电极。冷却后，由碳原子和离子组成的产生的等离子体沉积在金属表面或玻璃载玻片上，收集所得碳点。Xu等人使用电弧放电方法合成了单壁碳纳米管（SWNTs），并在纯化过程中分离出荧光碳点。用HNO3氧化烟灰以产生碳点后，通过凝胶电泳技术回收溶液。在366 nm激发下，产生的碳点表现出橙色、蓝绿色和黄色荧光，量子产率为0.016。
在激光烧蚀过程中，碳靶在表面活性剂或溶剂存在下暴露于激光。这产生高压和高温，导致靶分解成碳点。Sun等人使用激光烧蚀技术在水蒸气气氛中以氩气（Ar）作为载气，使用碳靶合成了碳点。特别是，水泥和石墨粉的热压混合物随后被加热、干燥并在氩气中退火。使用Nd:YAG（10 Hz，1064 nm）激光在900 °C和75 kPa压力下于氩气中进行烧蚀。值得注意的是，当在400 nm激发时，合成碳点的量子产率从4%到超过10%不等。在另一项研究中，用激光辐射处理PEG 200（聚乙二醇200）中的玻璃碳颗粒，形成了约3 nm的荧光碳点。这些碳点被用作癌性和非癌性人上皮细胞的成像探针。
电化学方法使用高纯度石墨阳极进行电解以形成碳点。Zhou等人电化学处理了通过化学气相沉积在碳纸上生长的多壁碳纳米管（MWCNTs），以产生具有显著蓝色荧光的碳纳米晶体。在该电化学装置中，MWCNTs用作工作电极，Ag/AgClO4用作参比电极，铂丝用作对电极。电位在?2.0和+2.0 V之间以0.5 V s?1的扫描速率扫描。在紫外灯下，无色电解质溶液变为黄色然后深棕色，同时表现出蓝色荧光，表明碳点从MWCNTs上剥离并随后分散在溶液中。
2.2. 碳点合成的自下而上方法
通过水热碳化（HTC）生产碳点的过程无毒、成本效益高且环境友好。在密封压力容器中，水在水热处理过程中用作溶剂以促进化学反应。多种前体，如胺、蛋白质、糖类、壳聚糖和柠檬酸，通常通过水热碳化方法用于合成碳点。Luo等人使用柠檬酸三钠二水合物、乙二胺和半胱氨酸作为前体，通过水热碳化方法合成了碳点。产生的碳点表现出显著的生物相容性、强荧光稳定性和明亮的蓝色发射。
微波辅助方法产生均匀加热以实现碳点的均匀分散，是一种非常快速且经济的方法。Pajewska-Szmyt等人使用微波辅助技术从柠檬酸与硫脲或谷胱甘肽的溶液中生产了氮（N）-硫（S）-碳点。产生的碳点表现出26%的量子产率和14.56 nm的平均粒径，超过了早期研究报告的值。因此，这些N–S-碳点具有作为汞离子传感器的潜在应用。Shibata等人提供了关于用于形成碳点的MW辅助技术的信息。光谱研究表明，蓝色荧光碳点最初形成，随后发生聚集，导致碳点的产率和量子产率（30%）均增强。
前体物质在惰性环境中于升高的温度和受控压力下的热分解被称为热解。使用这种方法可以从一系列碳基来源（包括植物和塑料废弃物）获得含碳固体残留物。通常，前体在碳点形成之前经历碳化、聚合和脱水。在Ren等人的一项研究中，葡萄糖在200 °C下于聚四氟乙烯（PTFE）中进行固相热解4小时。然后将所得产物分散在水中而无需进一步纯化，产生半透明黄褐色碳点溶液，量子产率为6.2%。干燥所得产物得到总产率为78%的碳点粉末。
3. 从不同塑料废弃物合成碳点
3.1. 从聚烯烃
聚烯烃是使用最广泛的塑料材料，约占全球所有塑料产量的57%。尽管聚烯烃占塑料废弃物的大多数，但填埋和焚烧仍是管理聚烯烃废弃物的主要方法。
由于聚烯烃主链中含有化学稳定的脂肪族C–C单键，将其分解为单体或替代化学原料需要高能量输入。这限制了其解聚效率，尽管化学回收已被提议作为管理、利用和升级回收塑料废弃物的环境友好方法。目前，热解、化学氧化和气化是化学回收聚烯烃的主要方法。聚烯烃的高碳含量（聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）中为85.7%）表明聚烯烃也可用作生产碳化合物的前体。废弃聚烯烃越来越多地被用于制造碳产品。最近，已有报道将废弃聚烯烃升级回收为碳纳米管、石墨烯和碳纳米片的方法。
Archana Kumari等人报道了使用废弃聚烯烃和水热工艺结合超声辅助化学氧化，生产可用于更灵敏的活细胞成像和Cu2+离子传感的绿色荧光碳点。碳点表现出强烈的荧光特性和4.84%的量子产率，并在水溶液中高度稳定。这些碳点被研究作为检测Cu2+离子的荧光传感器，在1–8.0 μM的线性范围内检测限为6.33 nM，反映了其显著的选择性和灵敏度。此外，这些碳点在真实水样分析中显示出前景，并可用于三阴性乳腺癌细胞（MDA-MB 468细胞）的成像。
Yusei Takahashi等人通过水热方法从聚烯烃废弃物合成了多色聚合物碳点（PCDs）。根据他们的研究，PCDs使用聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）通过两步水热方法合成，包括（i）聚烯烃的热氧化转化为氧官能化前体和（ii）其与苯二胺（PDA）的官能化。PDA异构体的结构决定PCDs的荧光；对位、间位和邻位PDA修饰的PCDs分别产生黄色、绿色和蓝色荧光。据建议，PCDs是由PP或PE衍生前体通过苯二胺（PDA）介导的脱水缩合和胺化形成的。使用获得的PCDs检测和定量了ppm浓度的Fe3+离子。
Chaudhary等人报道了从多种一次性塑料废弃物（包括主要由PP、PE和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）组成的瓶子、杯子和塑料袋）制造高度生物相容性和光致发光的碳量子点。这些小的球形碳点表现出显著的光稳定性和良好的水溶性，并含有丰富的表面官能团，如–OH和–COOH，以改善其独特的光学特性。通过热煅烧和简单的水热处理制备了三种不同类型的碳点，量子产率分别为60%、65%和69%。由于其增强的荧光和高比表面积，碳点作为水溶液中大肠杆菌（E. coli）检测的有效探针，通过传统菌落计数方法实现了108 CFU mL?1的检测限。
Ramadi等人报道了一种从废弃塑料合成荧光碳点的单步工艺。他们使用氧化水热工艺从聚丙烯外科口罩和聚乙烯塑料袋合成碳点。获得的碳点尺寸分布为1–8 nm，表现出激发依赖性发射、光稳定性和热稳定性，以及在各种有机溶剂（包括醇和水）中的高溶解度。他们还证明，含有有机废弃物的污染聚合物可以使用这种氧化降解过程进行回收，解决了塑料回收的一个主要问题。
3.2. 聚酯塑料
在塑料中，聚酯具有相当大的经济重要性。在聚丙烯和聚乙烯之后，聚酯约占全球所有聚合物产量的18%。用于制造纤维的最重要聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。除了用于制造纤维和纺织品外，PET树脂还广泛用于薄膜、容器、瓶子以及各种工程塑料产品。2023年，PET占全球纤维产量（1.24亿吨）的57%，其中约12.5%来自回收PET，主要来自PET瓶。乙二醇与对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯进行缩聚形成PET。PET生产涉及两个步骤。最初，对苯二甲酸和乙二醇进行直接酯化形成预缩合物，主要由双（羟乙基）对苯二甲酸酯和水组成。尽管PET广泛用于制造塑料饮料瓶，但其回收因其高生产成本而成为主要问题。当PET塑料废弃物在环境中积累时，可能释放危险液体和微塑料，导致二次污染并危及人类健康。利用和回收废弃PET对于解决这些环境问题至关重要。因此，研究人员建议通过热解碳化PET以生产用于各种应用的碳点。
在Aji等人的一项研究中，作者描述了一种简单、单步加热过程，以环保方式使用废弃PET塑料瓶生产具有高光致发光强度的固态碳化聚合物点（CPDs）。根据PET的热研究，探索了200 °C至300 °C的加热条件，PET衍生CPDs的最大PL强度在260 °C下2.5小时后观察到。在初始阶段，PET聚合物是非荧光的。当温度升高超过其熔点时，即260 °C，PET碳链断裂，产生具有共轭芳香结构的CPDs。CPDs的光致发光特性归因于这种共轭。
根据Jianfei Wei等人的研究，使用均苯四甲酸和废弃PET瓶通过一步水热方法合成了具有优异荧光特性的基于PET的碳点（PET-CDs）。该过程首先涉及氨解PET以产生乙二醇和对苯二甲酸二酰胺，然后在均苯四甲酸存在下脱水和碳化PET以产生PET-CDs。制备的PET-CDs表现出87.36%的高量子产率，并在340–440 nm范围内显示激发无关发射。PET-CDs表现出球形形态，表面由羧基和氨基官能化，平均粒径为2.0 nm。利用制备的PET-CDs和395 nm激发芯片构建了LED，产生相应的2018 K色温和（0.55，0.44）的色坐标。
在另一项研究中，Jianfei Wei报道了PET塑料废弃物的替代回收方法，有助于减少填埋和CO2排放。通过溶剂热方法从PET废弃物制备了氮掺杂碳点（NCDs）。所得球形NCDs平均尺寸约为2.3 nm，表现出激发无关发射，量子产率高达48.16%，峰值位于360 nm（激发）和470 nm（发射）。当嵌入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）并与365 nm和430 nm LED芯片集成时，NCDs产生黄色和暖白光。此外，NCDs作为检测有机溶剂中水的灵敏荧光探针，实现了0.00001%的超低检测限。
Weiliang Dong等人报道了一种通过将PET瓶废弃物转化为碳点来减轻塑料污染的有效策略。使用氮源和溶剂通过一锅溶剂热方法合成了多色碳点（蓝色、黄色、绿色和红色）。催化剂用量和反应温度强烈影响产率和量子产率。在优化条件下，红色发射碳点表现出47.8%的高量子产率和42.7%的相对产率。这些碳点含有表面官能团，平均尺寸范围为3.54–3.78 nm。红移光致发光归因于给电子基团的减少和石墨氮的增加。红色和黄色碳点成功应用于制造具有高显色指数（CRI）的冷白和暖白LED。
Hu等人报道了一种绿色且低成本的废弃PET回收方法，通过在空气氧化后于H2O2水溶液中水热处理将废弃PET回收为荧光碳点。获得的碳点富含含氧官能团，并表现出独特的光致发光特性。碳点通过荧光猝灭（“开–关”）对Fe3+检测表现出高灵敏度和选择性。猝灭的荧光可被焦磷酸盐（PPi）特异性恢复，允许“开–关–开”PPi检测。PPi的线性响应范围为2–600 μM，Fe3+为0.5–400 μM，相应的检测限分别为0.86和0.21 μM。该传感器在人尿液和真实水样中表现良好，“开–关–开”机制归因于电子转移过程。
Zinchenko等人系统地考察了PET及其氨解、糖酵解和热解副产物的水热（HT）处理，无论是否使用氧化剂，以将PET转化为发光纳米颗粒。PET的直接HT处理或HT与糖酵解或热解结合产生了非荧光或弱荧光化合物。相反，PET瓶废弃物氨解后，HT处理显著增强了荧光数十至数百倍。添加少量H2O2进一步增强荧光，产生量子产率为9.1%和转化产率为25.3%的氮掺杂碳点（NCDs）。所得NCDs用于检测Cu2+（ppm水平）和Fe3+（ppb水平）。
3.3. 聚苯乙烯废弃物
聚苯乙烯（PS）是使用最广泛的塑料之一，年全球产量达数十亿公斤。由于其降解性差，聚苯乙烯在环境中长期存在。长时间的风化导致聚苯乙烯废弃物碎裂成微米和纳米级塑料残留物，对水、土壤和空气质量产生不利影响，并可通过动物和人类的摄取进入食物链。目前，传统的塑料废弃物管理策略主要依赖填埋和焚烧，后者释放有毒气体，导致空气污染和气候变化。因此，迫切需要开发简单有效的方法将聚苯乙烯和其他塑料废弃物转化为增值材料。在潜在解决方案中，碳基材料的合成特别有前景，因为塑料可以通过碳化容易地转化为碳质结构。
根据Ramamurthy等人的研究，废弃发泡聚苯乙烯（EPS），一种不可生物降解的污染物，可以转化为高荧光、多功能的碳点。该方法展示了可扩展生产氮掺杂碳点的强大潜力，实现了约20%的PL量子产率。合成的碳点表现出优异的水溶性以及纳秒级的光致发光寿命。此外，它们在各种溶液环境中表现出优异的低细胞毒性、稳定的发光量子产率和光稳定性。这些碳点作为荧光探针，用于选择性灵敏检测Au3+，检测限为53 nM。机理研究表明，PL猝灭源于配位诱导的碳点聚集。
3.4. 聚酰胺塑料
聚酰胺6（PA6），也称为尼龙-6，是一种热塑性聚酰胺，由于其优异的机械和化学性能，包括高模量和强度、低吸水性、高化学稳定性和卓越的耐磨性，广泛应用于国防、机械、电子、汽车和纺织工业。然而，PA6使用的增加导致每年产生大量废弃物，如废弃地毯和汽车工程塑料。这些废弃物主要通过填埋和焚烧处理，在全球范围内造成重大环境负担。因此，回收PA6对于减少环境污染和最小化化石基资源的过度消耗至关重要。
Bing等人通过使用均苯四甲酸和PA6的一步水热过程合成了PA6衍生碳点（6CDs），并将其掺入PA66和PA6基质中以增强阻燃性。添加5 wt% 6CDs时，PA6的极限氧指数从23%增加到30%，峰值热释放速率（PHRR）（1.6%）、总烟产量（TSP）（10.0%）和总热释放（THR）（3.0%）适度降低。在PA66中，5 wt% 6CDs将极限氧指数从25%增加到35%，并显著降低了TSP（22.9%）、THR（10.0%）和PHRR（8.2%）。PA66中的优异性能归因于6CDs与环戊酮之间的交联，形成致密的石墨化炭层，而PA6中有限的成炭主要导致气相阻燃。这项工作展示了一种将废弃塑料转化为高效阻燃剂的可扩展方法。
3.5. 聚氯乙烯（PVC）塑料
聚氯乙烯（PVC），一种热稳定塑料，被认为是最危险的塑料污染物之一，常见于管道、柔性片材、玩具和其他消费品中。特别是，PVC柔性材料，通常用于广告和宣传目的，使用寿命短，约45天，使用后常被丢弃到填埋场。由于其耐化学性、阻燃性和优异的绝缘性能，PVC已成为跨多个行业（包括消费品、医疗保健、电子、建筑和汽车行业）使用最广泛的材料之一。最近的报告表明，2020年PVC占全球塑料产量的9.6%。因此，PVC衍生产品的生产和消费迅速增加导致PVC废弃物大量积累，推动了对有效分解和回收策略的迫切需求。
Kaur等人开发了一种塑料废弃物回收方法，使用废弃塑料横幅通过水热处理合成了三种类型的聚合物碳点（P-CDs），产率高。P-CDs对白色念珠菌（Candida oralis）表现出强抗真菌活性，对蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）表现出抗菌活性，特别是P-CDs3对蜡状芽孢杆菌和白色念珠菌分别产生1.7 cm和3.4 cm的抑菌圈。HRTEM分析证实平均粒径约为5 nm，证明了P-CDs在防污和抗菌应用以及表面涂层和治疗应用中的潜力。
3.6. 其他聚合物
Cruz等人通过一步热解方法将富氮聚氨酯（PU）泡沫废弃物转化为高荧光碳点。使用响应面方法优化了合成条件，反应温度对量子产率影响最大。优化后的碳点表现出33%的高量子产率和强烈的蓝绿色荧光。由于其优异的光学性能，碳点对Ag+离子表现出高选择性，检测限为2.8 μM，证明了PU衍生碳点在环境传感和可持续塑料废弃物回收方面的潜力。
Lauria等人使用一锅水热过程展示了一种从聚乳酸（PLA）废弃物合成发光碳点的可持续自下而上策略。PLA是一种主要的包装聚合物，是塑料废弃物的来源，作为唯一的碳前体。合成的碳点呈球形（约3 nm），具有石墨sp2碳核和丰富的羟基和羧基表面基团，确保在极性介质中的优异分散性。其光学性质，包括光致发光，受反应温度、反应持续时间和氮掺入的强烈影响。商业PLA杯盖成功转化为荧光碳点，突显了这种无催化剂、无溶剂且可扩展的方法从塑料废弃物生产环境友好纳米材料的潜力。
Huang等人研究了热解聚酰亚胺以产生聚酰亚胺热解碳（PPC）作为直径可调范围为3至10 nm的碳点前体的可能性。研究发现石墨烯产品的尺寸和产率与原料的化学结构之间存在关系。使用具有双连续（sp2和sp3）结构的可石墨化聚合物作为前体增加了碳点的产率。
4. 不同塑料废弃物形成碳点的机理
本节包含了对不同塑料废弃物形成碳点机理的比较讨论，突出了主要塑料类型（包括聚烯烃（PE和PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚酰胺（PA））的转化途径。
塑料废弃物转化为碳点强烈受前体聚合物的化学结构控制。在水热、溶剂热、微波辅助或热解合成过程中，聚合物链经历解聚、键断裂、氧化、脱水、芳构化、成核和碳化，最终产生装饰有杂原子表面官能团的纳米级石墨或非晶碳核。
聚烯烃，包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），是最化学惰性的聚合物之一，因为它们仅包含C–C和C–H键。为了通过自由基反应诱导C–C键断裂，其转化为碳点通常需要高温或严苛的氧化条件。在低分子量烃的氧化过程中形成酮、醛、醇和羧酸等含氧中间体。PET，一种由对苯二甲酸（TPA）和乙二醇（EG）组成的长链芳香族聚酯，在转化为碳点之前需要解聚。在水热或糖酵解条件下，酯键通过糖酵解、氨解或酸/碱水解断裂，产生较小的低聚物或单体，如双（2-羟乙基）对苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯衍生物。随后，水热、溶剂热或热解处理诱导脱水、脱羧、缩合和碳化。TPA的芳香环充当富碳核，而EG衍生片段有助于碳化和成核。这些中间体的逐步交联和融合最终形成碳点特有的共轭sp2富碳核。聚苯乙烯（PS）含有苯基，在碳化过程中容易发生热重排。加热时，聚合物主链内的C–C键断裂产生苯乙烯单体和低聚自由基，随后脱氢和稠环芳烃缩合。由于前体中已存在芳香环，石墨碳域比脂肪族聚合物更容易形成。氧化处理随后在碳点表面引入含氧官能团，包括羟基、羰基和羧基。由于酰胺基团（–CONH–）的存在，聚酰胺聚合物如尼龙表现出独特的转化性质。在碳化过程中，C–C和C–N键的断裂产生一些含有羧基和胺基的中间体。
5. 碳点的应用
5.1. 传感应用
碳点因其独特的荧光特性而被用作传感探针。分析物分子或离子与碳点表面之间的相互作用通常是碳点传感机制的基础。通过用特定分子或聚合物选择性功能化其表面，可以提高基于碳点的传感器的灵敏度和选择性，从而实现对各种分析物的高精度和高灵敏度检测。碳点通常表现出激发依赖性发射，电子转移、光诱导电荷、内滤效应和荧光共振能量转移（FRET）等多种机制可导致荧光特性的变化。
Wang等人利用废弃PET纺织品作为前体，生产了具有显著高荧光量子产率的可持续聚对苯二甲酸乙二醇酯衍生碳点（PET-CDs）。合成的PET-CDs的激发-发射特性范围在340至440 nm之间。PET-CDs的最佳发射和激发波长分别为485和406 nm，荧光量子产率为97.3%。它们进一步被用作Fe3+检测的荧光探针，检测限为0.2 μmol L?1。PET-CDs与Fe3+之间的相互作用被确定为遵循静态猝灭机制。PET-CDs还可用于荧光防伪和LED。
Ramanan等人报道废弃发泡聚苯乙烯（EPS）可以转化为高发光多功能化荧光碳点。制备的碳点表现出更长的PL寿命（以纳秒计）和出色的水溶性。此外，它们在各种溶液条件下表现出稳定的发光量子产率、低细胞毒性和出色的光稳定性。这些碳点被用作荧光探针，选择性灵敏检测Au3+离子，LOD值为53 nM。根据全面分析，观察到的PL猝灭归因于一种称为“配位诱导聚集引起的PL猝灭”的机制。
