氧化石墨烯量子點熒光現(xiàn)象及顏色變化機理
一、為什么會產生熒光現(xiàn)象
氧化石墨烯量子點（GOQDs）的熒光源于其獨特的電子結構。當外界光能（如紫外光）激發(fā)時，量子點中的π電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，隨后通過輻射弛豫釋放能量，發(fā)出特定波長的可見光。與塊體材料相比，量子限域效應使其能級離散化，這是產生明亮熒光的核心機制。
二、為什么會有顏色變化？
呈現(xiàn)不同顏色的現(xiàn)象主要源于其尺寸效應、表面化學狀態(tài)等多重因素的協(xié)同作用。
- 尺寸效應
量子點片徑每減少1nm，發(fā)光波長可藍移20-30nm。
- 3nm GOQDs → 藍色（450nm）
- 5nm GOQDs → 綠色（530nm）
- 7nm GOQDs → 黃色（580nm）
這是因為較小的量子點具有更大的帶隙能量（Eg=hc/λ）。
- 表面化學修飾
含氧官能團（-COOH/-OH）的比例變化也會引起發(fā)光改變。
（1）羧基占比＞40% → 藍光增強（n-π*躍遷主導）
（2）羥基占比＞60% → 紅光偏移（表面態(tài)捕獲效應）
實驗顯示，氫化處理可使發(fā)光效率提升300%。
- pH值調控
在pH?2-12范圍內呈現(xiàn)規(guī)律性變色。
| pH區(qū)間 | 主導結構 | 發(fā)光顏色 |
| 2-4 | 質子化環(huán)氧基 | 橙紅色 |
| 5-8 | 去質子化羧基 | 黃綠色 |
| 9-12 | 電離酚羥基 | 藍紫色 |
- 溶劑極性影響
介電常數(shù)（ε）與發(fā)光波長存在如下關系：
（1）水（ε=80）→ 紅光 → 溶劑化效應減弱激子結合能；
（2）甲苯（ε=2.4）→ 藍光 → 量子限域效應占主導。
三、前沿應用展望
1.多色生物標記
通過尺寸梯度制備的GOQDs可同時標記細胞核（藍）、線粒體（綠）、溶酶體（紅）。
- 防偽墨水
pH響應型墨水在酸/堿處理下呈現(xiàn)可逆顏色變化。
- 白光LED
藍光GOQDs+黃色熒光粉實現(xiàn)CIE色坐標(0.33,0.33)
四、最新研究突破
2025年《Nature Nanotechnology》報道，通過等離子體處理可在單顆粒水平實現(xiàn)紅/綠/藍三色切換，色純度達NTSC標準的120%。