零四電弧一道閃，開(kāi)拓碳點(diǎn)新紀(jì)元。

核殼結(jié)構(gòu)顯神奇，麻雀雖小五臟全。

材化生科醫(yī)學(xué)關(guān)，熒光發(fā)射紅到藍(lán)。

催化位點(diǎn)亦分散，看我碳點(diǎn)身手展。

時(shí)至今日十八年，宏篇佳作逾萬(wàn)千。

垂盼同僚共克難，奇思妙想登智刊。

編輯寄語(yǔ)

碳點(diǎn)（CDs）是一類(lèi)新興的熒光納米材料，由于其強(qiáng)發(fā)光、低毒性、水溶性、易于合成、高表面積以及可調(diào)節(jié)其光學(xué)特性，在生物醫(yī)學(xué)和能源應(yīng)用中引起了相當(dāng)大的關(guān)注。然而，如此優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用，必然是由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)所致。CDs通常被認(rèn)為是一種核殼結(jié)構(gòu)，通常在碳核和聚合物殼之間沒(méi)有清晰的邊界，其結(jié)構(gòu)中至少一個(gè)尺寸<10?nm。碳核通常可以包含多晶納米域，其中包含被無(wú)定形域包圍的微小碳簇，而聚合物表面賦予CDs特定性質(zhì)。因此，傳統(tǒng)的分類(lèi)系統(tǒng)根據(jù)碳核和附著狀態(tài)將CDs分為三大類(lèi)：石墨烯量子點(diǎn)、碳量子點(diǎn)和碳化聚合物點(diǎn)，可以統(tǒng)一聚合物和量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于CDs上豐富的官能團(tuán)，它可以很容易地被多種分子、金屬或基體修飾，從而賦予CDs一些定制的特性。例如，使用不同的聚合物包覆CDs可以控制它們的發(fā)射波長(zhǎng)、亮度、壽命等。金屬可以賦予CDs導(dǎo)電性和部分生物活性。在這方面，CDs已被轉(zhuǎn)化為腫瘤殺手、高效電催化劑、電池和防偽材料。然而，還有一些尚未解決的挑戰(zhàn)，例如闡明CDs的結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光機(jī)理。此外，除了追求材料合成和更好的性能外，各種研究方向都集中在擴(kuò)大CDs的應(yīng)用領(lǐng)域。CDs可能會(huì)繼續(xù)吸引來(lái)自不同學(xué)科的研究人員，并為更廣泛的科學(xué)界做出貢獻(xiàn)。因此，我們想在本期特刊中展示這一類(lèi)納米材料的進(jìn)展并討論未來(lái)的發(fā)展。

本期特刊包含碳點(diǎn)各自研究領(lǐng)域的科學(xué)家的兩篇綜述和八篇研究論文，涵蓋了基于CDs的有前景的應(yīng)用。同時(shí)，我們想借此機(jī)會(huì)感謝為本期特刊做出貢獻(xiàn)的杰出作者。

綜述論文

1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉應(yīng)亮，雷炳富，胡超凡：熒光碳點(diǎn)在作物中的作用：機(jī)理與應(yīng)用

熒光碳點(diǎn)（CDs）因其優(yōu)異的光學(xué)特性（例如光穩(wěn)定性、可調(diào)諧發(fā)光范圍和抗光漂白性）而在生物傳感、成像、信息加密和光電器件中得到廣泛研究。近年來(lái)，CDs已被探索用于農(nóng)業(yè)，基于其光捕獲和光轉(zhuǎn)換能力，以及易于合成和低毒的特點(diǎn)，CDs在改善作物光合作用方面顯示出巨大的潛力。此外，CDs還可以用于智能防偽包裝、食品安全檢測(cè)以及作物收獲后的保存。本研究總結(jié)了具有優(yōu)異光學(xué)性能的CDs在作物中的應(yīng)用，包括收獲前過(guò)程（光合作用和植物成像）和收獲后過(guò)程（作物保存和食品安全），然后介紹了CDs對(duì)作物的毒性。?最后，討論了當(dāng)前的挑戰(zhàn)和未來(lái)的前景。

標(biāo)題：The role of fluorescent carbon dots in crops: Mechanism and applications

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1111

2. 北京工業(yè)大學(xué)孫再成：碳點(diǎn)作為新型抗菌劑的最新進(jìn)展

由于 COVID-19 大流行，許多快速抗菌劑得到了密集開(kāi)發(fā)。碳點(diǎn)（CDs）是一種新型的碳基納米材料，由于其獨(dú)特的光學(xué)特性、優(yōu)異的生物相容性和易于表面修飾等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)抗新出現(xiàn)的傳染病和耐藥性感染方面顯示出巨大的潛力。隨著CDs結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的明確、合成和特性技術(shù)的改進(jìn)，CDs作為抗菌劑的研究取得了重大進(jìn)展。然而，缺乏高重復(fù)性和精確的制備方法，以及規(guī)律的抗菌活性使其遠(yuǎn)離實(shí)際應(yīng)用。在這篇綜述中，作者總結(jié)了CDs抗菌藥物的最新進(jìn)展和挑戰(zhàn)。首先，概述了特性和性能，并進(jìn)一步討論了CDs應(yīng)用于抗菌的優(yōu)勢(shì)。然后，重點(diǎn)介紹了不同條件下的抗菌機(jī)制、影響其抗菌活性的關(guān)鍵因素以及實(shí)際抗菌應(yīng)用的研究進(jìn)展。最后，提出了抗菌CDs的主要挑戰(zhàn)和未來(lái)研究前景。

標(biāo)題：Recent advances of carbon dots as new antimicrobial agents

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1131

研究論文

1. 鄭州大學(xué)盧思宇，香港理工大學(xué)黃勃龍，加拿大John. S Tse院士：碳點(diǎn)穩(wěn)定原子級(jí)釕和亞納米級(jí)釕產(chǎn)生高效協(xié)同效應(yīng)用于增強(qiáng)電化學(xué)析氫反應(yīng)

目前，水分解中析氫反應(yīng)（HER）最有效的電催化劑是鉑基催化劑。不幸的是，高成本和不完美的效率阻礙了廣泛的工業(yè)/技術(shù)應(yīng)用。在這里，通過(guò)控制三（2,2-聯(lián)吡啶）二氯化釕六水合物的處理溫度，合成CDs支撐的Ru單/雙原子（Ru S/DAs）與Ru納米團(tuán)簇（Ru S/DAs?+?Ru NCs）。這些化合物被證明是高效且具有競(jìng)爭(zhēng)力的析氫催化劑。Ru S/DAs?+?Ru NCs 表現(xiàn)出非常高的活性，在1.0?mol/L KOH 和0.5?mol/L H2SO4 的電流密度為10?mA/cm2 時(shí)，過(guò)電位分別為15和40?mV。此外，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有出色的穩(wěn)定性和快速的 HER 動(dòng)力學(xué)。由密度泛函理論計(jì)算支持的 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析表明，單原子 Ru 中的電荷重排，Ru 雙位點(diǎn)促進(jìn)了活性氫的吸附和復(fù)合。由于具有電活性的Ru 4d軌道，Ru S/DAs 和 Ru NCs 表現(xiàn)出高電活性。Ru NCs 的引入激活了碳載體，提供了高電子導(dǎo)電性以將電子從 Ru NCs 轉(zhuǎn)移到 Ru S/DAs，并促進(jìn) HER 過(guò)程中的水離解。

標(biāo)題：Engineering the synergistic effect of carbon dots-stabilized atomic and subnanometric ruthenium as highly efficient electrocatalysts for robust hydrogen evolution

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1067

2. 澳門(mén)大學(xué)曲松楠，江蘇大學(xué)李奇軍/談靜：碳點(diǎn)磷光最高效率48%：研磨誘導(dǎo)無(wú)定型-晶態(tài)相轉(zhuǎn)變

無(wú)金屬室溫磷光（RTP）材料對(duì)許多應(yīng)用具有重要意義；然而，它們通常表現(xiàn)出低效率和弱強(qiáng)度。本文報(bào)道了一種通過(guò)研磨誘導(dǎo)無(wú)定形到結(jié)晶轉(zhuǎn)變從結(jié)晶熱退火碳點(diǎn)（CDs）和硼酸（BA）?復(fù)合材料（g-t-CDs@BA）制備高效強(qiáng) RTP 材料的新策略。非晶熱退火CDs和BA復(fù)合材料?（t-CDs@BA）是按照熱熔化和過(guò)冷路線制備的，其中CDs完全分散在熔融BA液體中，并在超低溫后均勻凍結(jié)在非晶熱退火B(yǎng)A基體中。冷卻至室溫。研磨處理后，研磨引起的斷裂和碎裂促進(jìn)了高能非晶態(tài)向低能結(jié)晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。結(jié)果，CDs均勻地原位嵌入BA晶體基質(zhì)中。該方法可最大限度地均勻嵌入BA晶體中的CDs，減少非輻射衰減，并通過(guò)抑制CDs的自由振動(dòng)促進(jìn)系統(tǒng)間交叉，從而產(chǎn)生具有最高磷光量子產(chǎn)率（48%）的強(qiáng)RTP材料。值得注意的是，g-t-CDs@BA粉末的RTP強(qiáng)度足以照亮延遲時(shí)間超過(guò)9秒的物品。

標(biāo)題：Ultra-strong phosphorescence with 48% quantum yield from grinding treated thermal annealed carbon dots and boric acid composite

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1075

3. 鄭州大學(xué)單崇新、婁慶和鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院程哲：基于碳化聚合物點(diǎn)的近紅外化學(xué)發(fā)光納米凝膠用于免疫成像和腫瘤治療

具有活性氧（ROS）成像和光動(dòng)力治療雙重能力的碳納米凝膠（CNG）已被設(shè)計(jì)為具有自組裝化學(xué)發(fā)光碳化聚合物點(diǎn)（CPDs）。憑借高效的深紅/近紅外化學(xué)發(fā)光（CL）發(fā)射和獨(dú)特的光動(dòng)力能力，H2O2驅(qū)動(dòng)的化學(xué)發(fā)光CNG通過(guò)組裝聚合物偶聯(lián)物和CL供體進(jìn)一步設(shè)計(jì)，從而在動(dòng)物炎癥中實(shí)現(xiàn)體外和體內(nèi)ROS生物成像能力模型和異種移植腫瘤的高性能療法。從機(jī)制上講，炎癥部位或腫瘤微環(huán)境中產(chǎn)生的ROS可以在過(guò)草酸鹽和H2O2的化學(xué)反應(yīng)中觸發(fā)化學(xué)引發(fā)的電子交換發(fā)光，從而實(shí)現(xiàn)體內(nèi)CL成像。同時(shí)，部分激發(fā)態(tài)電子會(huì)轉(zhuǎn)移到環(huán)境H2O或溶解氧中，進(jìn)而導(dǎo)致I型和II型光化學(xué)ROS產(chǎn)生羥基自由基或單線態(tài)氧，賦予腫瘤細(xì)胞凋亡，從而實(shí)現(xiàn)癌癥治療。這些結(jié)果為設(shè)計(jì)用于生物成像和抗腫瘤劑的多功能納米材料開(kāi)辟了一條新途徑。

標(biāo)題：Near-infrared chemiluminescent carbon nanogels for oncology imaging and therapy

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1099

4. 中南大學(xué)紀(jì)效波、侯紅帥團(tuán)隊(duì)：碳點(diǎn)用于超穩(wěn)定固態(tài)電池

在固態(tài)鋰電池的固體電解質(zhì)中，聚合物電解質(zhì)以其良好的界面接觸和易于制備的特點(diǎn)而受到積極探索，但仍受到離子傳輸速度慢和鋰離子遷移數(shù)低的限制。在此，功能性碳點(diǎn)基Li+導(dǎo)體（CD-Li）旨在提高Li+在聚環(huán)氧乙烷（PEO）電解質(zhì)中的傳輸動(dòng)力學(xué)和選擇性。在CD-Li 基PEO復(fù)合電解質(zhì)中成功地實(shí)現(xiàn)了高離子電導(dǎo)率（1.0?×?10?4?S/cm，25?°C）和Li+遷移數(shù)（0.60），這可歸因于增強(qiáng)的鏈運(yùn)動(dòng)和有限的陰離子的運(yùn)動(dòng)。此外，CD-Li的單個(gè)陰離子體積大的特點(diǎn)可以提供更多的游離Li+。同時(shí)，得益于CD-Li中F原子的存在，原位構(gòu)建的含LiF界面層有利于保持界面穩(wěn)定性，促進(jìn)鋰離子的快速傳輸。具有CD-Li的復(fù)合電解質(zhì)可以解決離子電導(dǎo)率問(wèn)題，同時(shí)增強(qiáng)界面穩(wěn)定性。獨(dú)特的復(fù)合電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)了Li/LiFePO4和Li/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池的穩(wěn)定循環(huán)性能。多功能碳點(diǎn)填料的探索為復(fù)合電解質(zhì)的高效開(kāi)發(fā)提供了新思路。

標(biāo)題：Carbon dots for ultrastable solid-state batteries

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1097

5. 南京大學(xué)朱俊杰，揚(yáng)州大學(xué)吳曉歌：L-cys/Au@碳點(diǎn)/膽紅素氧化酶層修飾的活微藻細(xì)胞用于增強(qiáng)無(wú)膜生物燃料電池中的氧還原

電化學(xué)氧還原反應(yīng)（ORR）是清潔能源發(fā)展的關(guān)鍵要素。盡管努力增強(qiáng)氣體向反應(yīng)界面的轉(zhuǎn)移，但O2分子的低溶解度和液體電解質(zhì)中的緩慢擴(kuò)散速率仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。在此，作者在微藻細(xì)胞上設(shè)計(jì)了一種人工外膜，它由碳點(diǎn)/膽紅素氧化酶（CDs/BOD）ORR催化劑層和 L-胱氨酸/Au 納米多孔O2供應(yīng)層組成。微藻細(xì)胞通過(guò)光合作用產(chǎn)生的O2可以直接輸送到 CDs/BOD催化界面，克服了電解質(zhì)中緩慢的氣體轉(zhuǎn)移。因此，由制造的微藻電池構(gòu)成的陰極實(shí)現(xiàn)了655.2?μA/cm2的ORR電流密度，具有快速的ORR動(dòng)力學(xué)，是純O2饋電的BOD陰極的2.68倍。以混合人工電池為陰極進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了無(wú)膜葡萄糖/O2生物燃料電池，在O2飽和溶液中功率密度是BOD陰極生物燃料電池的2.39倍。這種仿生設(shè)計(jì)通過(guò)納米多孔 L-cys/Au層將O2從微藻膜直接供應(yīng)到碳點(diǎn)/BOD 催化劑層，為電解質(zhì)中O2的轉(zhuǎn)移屏障提供了替代解決方案。

標(biāo)題：Live microalgal cells modified by L-cys/Au@carbon dots/bilirubin oxidase layers for enhanced oxygen reduction in a membrane-less biofuel cell

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1100

6. 江南大學(xué)林恒偉，孫山：二茂鐵-碳點(diǎn)交聯(lián)納米粒子用于腫瘤特異性光熱放大的化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療

廣泛的研究致力于探索多功能癌癥治療劑，但腫瘤特異性差和治療效果不理想是其臨床轉(zhuǎn)化的一些關(guān)鍵障礙。在此，二茂鐵-碳點(diǎn)交聯(lián)納米粒子（Fc-CDs NPs）被設(shè)計(jì)和制造用于實(shí)現(xiàn)高度特異性和光熱增強(qiáng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療（CDT）。發(fā)現(xiàn) Fc-CDs NPs 不僅繼承了碳點(diǎn)（CDs）固有的熒光、光聲和光熱特性，而且由于Fc的存在而具有在腫瘤微環(huán)境（TME）中選擇性發(fā)生的CDT特性，引發(fā)芬頓反應(yīng)。此外，增大的Fc-CDs NPs粒徑促進(jìn)了它們?cè)谀[瘤部位的有效積累，從而實(shí)現(xiàn)了抗腫瘤治療效果的極大改善。一旦與腫瘤對(duì)接并暴露于660 nm激光照射下，由于熱加速活性氧（ROS）的產(chǎn)生，觀察到Fc-CDs NPs的CDT效應(yīng)顯著增強(qiáng)。更有趣的是，由于產(chǎn)生的ROS反過(guò)來(lái)可以減輕光熱療法（PTT）的熱阻，綜合PTT和CDT的治療效率得到最大程度的協(xié)同作用。該研究一方面提供了一種簡(jiǎn)便的方法來(lái)制造基于CDs 的多功能治療診斷納米平臺(tái)，該平臺(tái)具有增強(qiáng)的腫瘤積累和特異性，另一方面強(qiáng)調(diào)了協(xié)同互利治療方式以實(shí)現(xiàn)更有效的癌癥治療的優(yōu)點(diǎn)。

標(biāo)題：Tumor-specific and photothermal-augmented chemodynamic therapy by ferrocene-carbon dot-crosslinked nanoparticles

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1119

7. 復(fù)旦大學(xué)熊煥明：以碳點(diǎn)構(gòu)筑的凝膠電解質(zhì)用于無(wú)枝晶、長(zhǎng)循環(huán)的鋰金屬電池

具有極高能量密度的鋰金屬電池（LMB）在儲(chǔ)能設(shè)備中具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。然而，枝晶的不受控制的生長(zhǎng)和易燃的液體電解質(zhì)（LEs）經(jīng)常導(dǎo)致安全事故。所有固態(tài)電池似乎都是最終選擇，但無(wú)溶劑電解質(zhì)在室溫下的導(dǎo)電性通常會(huì)失敗。因此，具有簡(jiǎn)單制造工藝和高離子電導(dǎo)率的凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）被認(rèn)為是解決當(dāng)前困難的最具競(jìng)爭(zhēng)力的候選者。在此，作者通過(guò)聚乙二醇（PEG）和碳點(diǎn)（CDs）之間的酯化和酰胺化反應(yīng)設(shè)計(jì)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。加入聚偏二氟乙烯和一些LEs后，所制備的PEG-CDs復(fù)合電解質(zhì)（PCCEs）在室溫下表現(xiàn)出5.5?mS/cm 的高離子電導(dǎo)率和0.71的離子遷移數(shù)，以及良好的柔韌性和熱穩(wěn)定性。當(dāng)PCCEs與鋰金屬負(fù)極和LiFePO4或LiCoO2正極組裝時(shí)，這些LMB的循環(huán)穩(wěn)定性和保持率在室溫下均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

標(biāo)題：Carbon dots crosslinked gel polymer electrolytes for dendrite-free and long-cycle lithium metal batteries

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1121

8. 吉林大學(xué)楊柏，鄭州大學(xué)盧思宇：交聯(lián)增強(qiáng)碳點(diǎn)的磷光發(fā)射

目前，人們強(qiáng)烈希望發(fā)現(xiàn)具有室溫磷光（RTP）的替代材料，用于顯示器、生物成像和數(shù)據(jù)安全。理想情況下，這些材料應(yīng)該是無(wú)毒的、便宜的并且具有可控的光致發(fā)光特性。碳點(diǎn)（CDs）具有這些特征中的每一個(gè)，但迄今為止，對(duì)其RTP機(jī)制的關(guān)注較少。在此，作者選用易交聯(lián)的乙二胺四乙酸四鈉鹽作為合成RTP CDs的前驅(qū)體。微波合成 RTP CD。隨后，對(duì)CDs使用聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM）和原硅酸四乙酯（TEOS）進(jìn)行二次微波包覆。復(fù)合材料的QY和壽命大大提高，CDs@PVA 復(fù)合材料的QY和三重態(tài)壽命分別達(dá)到 55.49%?和0.75 s。原位XPS和理論計(jì)算結(jié)果表明，交聯(lián)產(chǎn)生的豐富能級(jí)促進(jìn)了聚合物和CDs之間的電荷轉(zhuǎn)移，而不同的聚合物對(duì)CDs的交聯(lián)程度也不同，交聯(lián)程度越高，RTP性質(zhì)越出色。這種簡(jiǎn)單的策略為指導(dǎo)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有針對(duì)各種應(yīng)用程序的定制RTP屬性的CDs提供了靈活的途徑。

標(biāo)題：Cross-linking enhanced room-tempe****** phosphorescence of carbon dots

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smm2.1123

封面

前封面

釕基電催化劑作為鉑基材料的替代品具有巨大潛力，可用于電解水析氫。在這項(xiàng)工作中，確定了釕單/雙原子和Ru納米團(tuán)簇的獨(dú)特雙位機(jī)制，以增強(qiáng)單原子位點(diǎn)的穩(wěn)定性并增強(qiáng)其內(nèi)在活性。由于具有電活性的 Ru 4d 軌道，Ru S/DAs 和 Ru NCs 表現(xiàn)出高電活性。Ru NCs 的引入激活了碳載體，提供了高電子電導(dǎo)率以將電子從 Ru NCs 轉(zhuǎn)移到 Ru S/DAs，并促進(jìn) HER 過(guò)程中的水離解。

背封面

具有 ROS成像和 PDT 雙重能力的高度生物相容性和自發(fā)光碳納米凝膠（CNG）已被設(shè)計(jì)成具有自組裝化學(xué)發(fā)光碳化聚合物點(diǎn)（CPDs）。不同的CPDs來(lái)源于生物質(zhì)材料并表現(xiàn)出類(lèi)似聚合物的特性，使其能夠通過(guò)親水和疏水相互作用自組裝成CNGs。憑借高效的深紅/近紅外(NIR) CL 射和獨(dú)特的PDT容量，H2O2 驅(qū)動(dòng)的水溶性化學(xué)發(fā)光碳納米凝膠通過(guò)組裝聚合物共軛物和CL供體進(jìn)一步設(shè)計(jì)。從機(jī)制上講，炎癥部位產(chǎn)生的ROS可以觸發(fā)CPDs和中間體之間的化學(xué)引發(fā)的電子交換發(fā)光，從而實(shí)現(xiàn)體外和體內(nèi)C 成像。同時(shí)，化學(xué)發(fā)光CNGs在自發(fā)光下產(chǎn)生1O2、?OH和?-O2等可以有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)，從而達(dá)到癌癥治療的目的

文獻(xiàn)鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/toc/2688819x/2022/3/2

本文來(lái)源：碳點(diǎn)之光