Neuformung von Kohlenstoffpunkten durch elektrochemisches Ätzen

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 3710 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Es werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen photolumineszierender Kohlenstoffpunkte (C-Punkte) zu erforschen. Diese Studie entschlüsselt einen Umgestaltungsmechanismus in C-Punkten, der durch elektrochemisches Ätzen ausgelöst wird und über umfangreiche Oberflächenoxidation und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bruch verläuft. Der Prozess führt zu einer allmählichen Schrumpfung der Nanopartikel und kann die Quantenausbeute im Vergleich zu unbehandelten Analoga um mehr als die halbe Größenordnung steigern.

Kohlenstoffpunkte (abgekürzt als C-Punkte) gehören zu den vielversprechendsten Arten von Nanoemittern und weisen eine charakteristische, von der Anregungswellenlänge abhängige Emission und eine bemerkenswerte Beständigkeit gegenüber Photobleichung auf. Sie zeigen ähnliche Leistungsmerkmale wie herkömmliche Quantenpunkte (QDs) auf Schwermetallbasis1 ,2,3,4,5,6. In Bezug auf die Elementzusammensetzung bestehen C-Punkte hauptsächlich aus C, H, O, N, während eine Reihe von Studien darauf hindeutet, dass die funktionellen Gruppen an der Oberfläche eine herausragende Rolle bei ihrer Dispergierbarkeit, Kolloidstabilität, optischen Eigenschaften, Toxizität, Biokompatibilität und Zellfähigkeit spielen Aufnahme7.

Der genaue Ursprung ihres Photolumineszenzverhaltens (PL) ist nicht vollständig geklärt und daher bleibt die Entwicklung maßgeschneiderter C-Punkte eine offene Herausforderung. Wohldefinierte C-Punkte können durch thermische Behandlung erneuerbarer Ressourcen8 einschließlich Früchte9, Gras10, Wolle11 oder molekularer Vorläufer wie Harnstoff12, Ethanolamin13, Zitronensäure14, Folsäure15 synthetisiert werden. Pyrolytisch gewonnene C-Punkte werden in der wässrigen Phase, im festen Zustand oder in situ innerhalb einer Polymermatrix erzeugt16. Abhängig von der Art der Ausgangsmaterialien und der angewandten Synthesemethode kann der Graphitisierungsgrad von C-Punkten erheblich variieren, von im Wesentlichen amorph bis hin zu stark graphitisch17.

Aufgrund ihrer oben beschriebenen gewünschten Eigenschaften werden C-Punkte systematisch in den Bereichen chemische und biologische Sensorik18, Bioimaging19, Nanomedizin20, antimikrobielle Beschichtungen21, Nanoforensik22, Düngemittel23, Energiewandler24 und Elektrokatalyse25 untersucht. Es genügt zu sagen, dass C-Punkte unterschiedlichen elektrochemischen Potenzialen ausgesetzt sind, wenn sie in der Elektrokatalyse, Elektrosensorik, Photovoltaik, Batterien und Leuchtdioden verwendet werden. Darüber hinaus erfolgt die Elektroerzeugung von C-Punkten durch Abblättern von Elektroden aus Graphen, Graphit, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren26, Holzkohle27 (ein Top-Down-Ansatz) oder durch Elektrooxidation/Elektropolymerisation kleiner Molekülvorläufer wie Alkohole28, Acetonitril29 (a Bottom-up-Strategie). Derzeit werden Methoden verfolgt, um eine strenge Kontrolle der C-Punktgröße und ihrer PL-Emission zu ermöglichen und so weitere Anwendungen zu ermöglichen30,31.

In dieser Arbeit offenbaren wir einen elektrochemisch ausgelösten Mechanismus, der die strukturellen Eigenschaften und optischen Eigenschaften von C-Punkten dramatisch verändert. Der Prozess beruht auf elektrochemischem Ätzen und verläuft über eine umfassende Oberflächenoxidation und das Aufbrechen der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Auf dieser Grundlage wird die Nanopartikelgröße schrittweise verringert, während die Quantenausbeute (QY) um bis zu 640 % erhöht wird. Nach unserem besten Wissen ist dies die erste Studie, die solide Beweise für die Wirkung dieses hochwirksamen Umformungsmechanismus in C-Punkten liefert, der Möglichkeiten zur Größenanpassung und genauen Steuerung ihrer PL-Emission bietet.

Die PL-Spektren wässriger Dispersionen von C-Punkten (SI Abb. 1) zeigen das charakteristische λex-abhängige Emissionsmuster im Bereich von 380 bis 500 nm in dem Sinne, dass sich die Emissionswellenlänge (λem) mit zunehmendem λex rot verschiebt. Dieser Art von Emissionsmodus wurden Beiträge im Zusammenhang mit elektronischen Bandlückenübergängen konjugierter π-Domänen, Oberflächendefektzuständen, Kanteneffekten und durch Vernetzung verstärkter Emission zugeordnet, während das Vorhandensein molekularer Chromophore typischerweise mit dem Auftreten deutlicher λex-unabhängiger Beiträge verbunden ist32, 33,34.

Die PL-Spektren (λex = 410 nm) von 0,02 mg ml−1 C-Punkten in 0,15 M wässrigem Na2CO3-Elektrolyten bleiben nach Chronoamperometrie-Behandlungen mit angelegter Spannung bis zu 3 V im Wesentlichen unverändert (Abb. 1a), während ähnliche Trends für NaHCO3 beobachtet wurden und Na2SO4-Elektrolyte. Wenn dagegen KCl (Abb. 1b) als Elektrolyt verwendet wird, ändern sich die PL-Eigenschaften der C-Punkte erheblich und die Gleichgewichtswerte werden 48 Stunden nach dem Ende des elektrischen Feldes erreicht (alle im Folgenden angegebenen Daten beziehen sich auf Gleichgewichtswerte). während ähnliche Trends für NaCl und CaCl2 beobachtet wurden.

Normalisierte (gegen Imax der unbehandelten Dispersion) PL-Spektren (λex = 410 nm) von 0,02 mg ml–1 C-Punkten, dispergiert in 0,15 M wässrigen Lösungen von (a) Na2CO3 und (b) KCl, die einer Chronoamperometrie-Behandlung unterzogen wurden 60 s bei angelegter Spannung von 0,5 bis 3,0 V.

Wie in SI Abb. 2 dargestellt, steigt die maximale Emissionsintensität (Imax) elektrochemisch behandelter C-Punkte mit der KCl-Konzentration bis zu 0,1 M an, weist ein Plateau zwischen 0,1 und 0,2 M auf und fällt dann bei weiterer Zugabe des Elektrolyten stark ab (Bei allen nachfolgend beschriebenen Messungen betrug die KCl-Konzentration 0,15 M). Abbildung 2a legt nahe, dass bei Spannungen von 0,5 und 1,0 V (λex = 410 nm) nur geringfügige Schwankungen von Imax beobachtet werden, ein erheblicher Anstieg von Imax jedoch bei 1,5 V stattfindet und auf eine weitere Erhöhung bei 2,0 V ein starker Rückgang bei 2,5 folgt V und 3,0 V. Ähnliche Trends werden bei λex = 350, 380 und 470 nm beobachtet. Darüber hinaus beträgt, wie in Abb. 2b gezeigt, der QY (λex = 365 nm) der unbehandelten C-Punkt-Dispersionen 1,2 % und steigt auf 1,3 %, 2,7 %, 7,8 %, 2,9 % und 1,4 % für die bei 1,0 behandelten Proben , 1,5, 2,0, 2,5 bzw. 3,0 V. Offensichtlich führt die Behandlung bei 2,0 V zu einer Rotverschiebung, die mit dem aufgrund der Oberflächenoxidation erwarteten Verhalten übereinstimmt35, aber der Gesamttrend in Abb. 2c deutet auf eine Blauverschiebung hin, ein Effekt, der mit Größenschwankungen der carbogenischen Kerne zusammenhängen könnte.

0,02 mg ml–1 C-Punkt-Dispersion in 0,15 M KCl, die 60 s lang Chronoamperometrie-Behandlungen bei einer angelegten Spannung von 0,5 bis 3,0 V im Vergleich zur unbehandelten Dispersion unterzogen wurde. (a) Maximale PL-Intensität (Imax) bei λex = 350.380.410, 470 nm, (b) QY (λex = 365 nm) und (c) λmax als Funktion der angelegten Spannung, (d) UV-Vis-Absorptionsspektren.

Gleichzeitig bleibt die UV-Vis-Absorption der bei 0,5 V und 1,0 V behandelten Proben nahe an der der unbehandelten Dispersion, nimmt jedoch zunehmend ab, wenn die angelegte Spannung bei 1,5, 2,0, 2,5 und 3,0 V erhöht wird ( Abb. 2d). Abbildung 3a und b vergleichen die unbehandelte Dispersion mit Fotos der C-Punkt-Dispersionen, die Chronoamperometrie-Behandlungen bei Spannungen von 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0 V unter Tageslicht bzw. UV-Strahlung unterzogen wurden. Offensichtlich scheinen die bei 1,5 und 2,0 V behandelten Proben die höchsten Fluoreszenzniveaus aufzuweisen, was mit dem in Abb. 2a und b gezeigten Verhalten übereinstimmt.

Fotos von 0,02 mg ml–1 C-Punkt-Dispersionen in 0,15 M KCl, die 60 s lang Chronoamperometrie-Behandlungen bei angelegten Spannungen von 0,5 bis 3,0 V unterzogen wurden, im Vergleich zur unbehandelten Probe unter (a) Tageslicht und (b) UV-Strahlung .

Wir stellen fest, dass während der Chronoamperometrie-Behandlung bei 3,0 V für 60 s die Temperatur der C-Punkt-Dispersion von 26,4 auf 27,9 (± 0,2) °C anstieg und der pH-Wert von 5,7 auf 6,4 (± 0,1) anstieg, allerdings sogar noch begrenzter Veränderungen wurden während Behandlungen bei niedrigeren Spannungen aufgezeichnet. Da die PL-Spektren von C-Punkten im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben, wenn die Temperatur und/oder der pH-Wert innerhalb dieses engen Bereichs eingestellt werden, scheint die Auswirkung dieser Parameter auf die hier berichteten deutlichen Änderungen der PL-Intensität marginal zu sein.

Wir gehen davon aus, dass die dramatischen Veränderungen der PL-Eigenschaften von C-Punkten in direktem Zusammenhang mit der Elektroerzeugung von Hypochloritionen (ClO–)36 stehen, einem gut erforschten Effekt, der bei der Wasserreinigung eingesetzt wird37. Die iodometrische Titration unter Verwendung von Natriumthiosulfat ergab, dass die 60 s lang bei 3 V behandelte KCl-Lösung 3,5 mM Hypochloritionen enthielt. Um diesen Effekt weiter zu untersuchen, zeigt Abb. 4a die PL-Spektren von C-Punkten, die 48 Stunden nach ihrer Dispersion in NaClO-Lösungen mit unterschiedlichen Elektrolytkonzentrationen aufgezeichnet wurden. Wie in Abb. 4b dargestellt, steigt Imax monoton mit der NaClO-Konzentration bis zu 1 mM an, fällt dann aber bei weiterer Erhöhung der Elektrolytkonzentration abrupt ab. Gleichzeitig liegt die Wellenlänge von Imax (λmax) in Wasser bei 493 nm und verschiebt sich bei 498, 485 und 469 in Gegenwart von 0,5 M, 1,5 M und 2,0 M NaClO (Abb. 4c). Die in Abb. 4b und c beobachteten Trends weisen Ähnlichkeiten mit den in Abb. 2b bzw. c beobachteten auf. Beachten Sie, dass die in Abb. 4 dargestellten Daten nicht mit irgendeinem voltametrischen Prozess in Zusammenhang stehen und ausschließlich der oxidativen Natur des NaClO zugeschrieben werden. Die allmähliche Entfärbung von C-Punkt-Dispersionen in Gegenwart steigender NaClO-Konzentrationen (Abb. 4d) weist auf erhebliche strukturelle Veränderungen hin, die durch den Elektrolyten hervorgerufen werden. Interessanterweise ändern sich die PL-Eigenschaften von mit NaClO voroxidierten C-Punkten nur geringfügig, wenn sie anschließend Chronoamperometrie-Behandlungen unterzogen werden (SI Abb. 3).

0,02 mg ml–1 C-Punkte, dispergiert in wässriger NaClO-Lösung mit Salzkonzentrationen von 0,1, 0,5, 1,0, 1,5 und 2,0 mM, im Vergleich zur unbehandelten Probe. (a) PL-Spektren (λex = 410 nm), (b) die entsprechende maximale PL-Intensität (Imax) und (c) λmax als Funktion der Elektrolytkonzentration, Fotos von C-Punkt-Dispersionen unter Tageslicht (d) und (e ) UV-Strahlung. Alle Daten wurden 48 Stunden nach der Dispersion der C-Punkte in der wässrigen NaClO-Lösung gesammelt.

Es wurde bestätigt, dass das starke unspezifische Oxidationsmittel Hypochlorit (ClO–) die Spaltung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen (C=C)38 und den Imingruppen (C=N)39 erleichtern kann, während es auch Etherbindungen angreifen kann Hydroxylgruppen. Der Abbau von GO aus Hypochlorit unter UV-Licht führt zur Freisetzung von Graphenpunkten39, da Epoxid- und Alkoxyeinheiten auf der Basisebene von GO durch NaClO angegriffen werden und die Kohlenstoffbindungen des Gerüsts abgebaut werden, während periphere Gruppen zu COOH oxidiert werden40. In ähnlicher Weise führt die elektrochemische Ablösung von Graphitstäben, die in einen wässrigen KCl-Elektrolyten getaucht sind, unter angelegten Spannungen von 9–30 V zur Erzeugung von C-Punkten mit einem Durchmesser von nahezu 2 nm41. Angesichts der hier berichteten Beweise erscheint es vernünftig anzunehmen, dass diese Art von zuvor berichtetem Verhalten auch mit dem Auftreten von elektrogenerierten Hypochloritionen verbunden sein könnte.

Eine aktuelle Studie legt nahe, dass der durch Hypochlorit induzierte oxidative Abbau bei Graphenoxid im Vergleich zu oxidiertem Kohlenstoff-Nanohorn (CNHs) und mehrwandigem Kohlenstoff-Nanoröhrchen (MWNT) schneller abläuft42. Die Abbaukinetik folgt der Reihenfolge: einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWNTs) ≥ CNHs > dünnere MWNTs > dickere MWNTs43. Eine andere Studie legt nahe, dass das durch Hypochlorit abgebaute Graphenoxid aufgrund der erhöhten Population von Oberflächensauerstoffgruppen bei Caenorhabditis elegans eine geringere Toxizität aufweist44.

Zurück zu den in dieser Studie verwendeten Chronoamperometrie-Experimenten stellen wir fest, dass das FTIR-Spektrum der unbehandelten C-Punkte (untere schwarze Linie in SI-Abb. 4) Peaks mit der Mitte bei 935 und 850 cm–1 aufweist, die beide der Biegeschwingung entsprechen der C=C-H-Bindung des sp2-Kohlenstoffs, aber diese Peaks sind in den behandelten Proben nicht zu erkennen (obere rote Linie in Abb. 3b). Ebenso erscheinen die Peaks bei 1185, 1653 und 1691 cm–1, die C–N, C=O und C=O/C=N entsprechen, auf den elektrochemisch geätzten C-Punkten schwächer.

Darüber hinaus zeigt die XPS-Analyse, dass das C1s-XPS-Spektrum der unbehandelten C-Punkte (Abb. 5a) von 60,6 % sp3, 19,1 % sp2-Kohlenstoff (begleitet von einem geringfügigen p-p*-Satellitenpeak) und 17,8 % C=O dominiert wird und 2,4 % CO. Nach der Chronoamperometrie-Behandlung (2,0 V für 60 s) zeigt die XPS-Analyse (Abb. 5b) reduzierte Prozentsätze von 42,4 % sp3, 4,9 % sp2, 13,1 % C=O, während der Beitrag von CO drastisch auf 39,6 % ansteigt. Die aus der C1s-XPS-Analyse abgeleiteten Daten sind in den SI-Tabellen 1 und 2 zusammengefasst. Die FTIR- und XPS-Daten zusammen betrachtet lassen darauf schließen, dass die Anwendung des elektrischen Feldes zu einer umfassenden Oberflächenoxidation und einem ausgeprägten Bruch der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung führt.

C1s-XPS-Spektren von C-Punkten vor (a) und nach (b) Chronoamperometrie-Behandlung bei 2,0 V für 60 s. Durchgezogene Linien beziehen sich auf die aufgezeichneten Daten, während sich die gestrichelten Linien auf die angepassten Kurven beziehen.

TEM-Bilder zeigen, dass der durchschnittliche Durchmesser unbehandelter C-Punkte nahe bei 12 nm liegt (Abb. 6a), während die Nanopartikel nach dem Anlegen des elektrochemischen Feldes (2,0 V für 60 s) ihre sphärische Symmetrie beibehalten, ihr Durchmesser jedoch nahe beieinander liegt bis 3 nm (Abb. 6b). Diese durch das elektrische Feld induzierte erhebliche Schrumpfung der C-Punkte steht im Einklang mit der oben beschriebenen umfassenden Oberflächenoxidation und -zersetzung des Skelettkohlenstoffs. In einem weiteren Experiment wurde der Chronoamperometrieprozess fünf Mal hintereinander wiederholt (2,0 V, jeweils 60 s) und die resultierende Dispersion zeigte eine PL-Emission von nahezu Null, während mittels TEM keine Strukturmerkmale nachgewiesen werden konnten, was auf die vollständige Zersetzung der Schwebstoffe hinweist Nanopartikel.

TEM-Bilder von C-Punkten vor (a) und nach (b), die 60 s lang einer Chronoamperometrie-Behandlung bei 2,0 V unterzogen wurden.

Von Bedeutung ist hier der Photoabbaumechanismus, der für bestimmte Arten von C-Punkten identifiziert wurde. Insbesondere ist der Photoabbau von elektrolytisch aus Vitamin C gewonnenen C-Punkten zu CO2, CO und H2O nach zwanzig Tagen kontinuierlicher Bestrahlung mit sichtbarem Licht abgeschlossen45. In einer anderen Studie wurde der Photoabbau von C-Punkten, die durch mikrowellenunterstützte Pyrolyse von PEG/Glucose entstanden sind, auf das Auftreten von photogenerierten Hydroxyl- und Alkylradikalen zurückgeführt, und zwar in einer Weise, die entscheidend von der Lichtintensität und Wellenlänge sowie vom pH-Wert und der Temperatur abhängt46 .

Als Referenz sei angemerkt, dass die PL-Emission von reduzierten C-Punkten durch Oxidationsmittel wie KMnO4, KIO4 und K2Cr2O7, die Hydroxylgruppen selektiv oxidieren, gelöscht und rotverschoben wird, der Prozess jedoch vollständig reversibel ist und keine Veränderung in sich bringt Größe von Nanopartikeln35. Frühere Studien zeigten, dass C-Punkte auf ähnliche Weise wie die hier beschriebenen entstanden (durch Pyrolyse von EA und CA bei 300 °C), wenn sie einer zyklischen Voltammetrie-Behandlung innerhalb des Potentialfensters von −2,0 bis 0,5 V unterzogen wurden (d. h. eine ganz andere Behandlung im Vergleich). (nach der Chronoamperometrie-Behandlung von 1 Minute bei Spannungen bis zu 3 V, die in der vorliegenden Studie durchgeführt wurde) zeigten eine PL-Löschung von 2 % und ihre Größe blieb im Wesentlichen unverändert47. Zum Vergleich stellen wir fest, dass die in der vorliegenden Studie berücksichtigten C-Punkte eine zweifache Steigerung ihrer PL-Intensität zeigten, wenn sie 15 Durchgängen der zyklischen Voltammetrie innerhalb des Potentialfensters – 2,5 bis 2,5 V unter Verwendung von KCl als Elektrolyt unterzogen wurden.

Die vorliegende Studie enthüllt erstmals einen bisher unerforschten Umstrukturierungsmechanismus von C-Punkten, der durch elektrochemisches Ätzen induziert wird und sich in der allmählichen Schrumpfung der Nanoemitter und den drastischen Veränderungen ihrer optischen Eigenschaften äußert. Die QY der elektrochemisch geätzten C-Punkte spiegelt das Zusammenspiel zwischen der Anzahl und Größe der emittierenden Nanopartikel, ihren Oberflächenoxidationszuständen und dem Konjugationsgrad des Kohlenstoffgerüsts wider. Unsere Studie wirft etwas Licht auf die Rolle der elektrogenerierten Hypochlorit-Anionen beim Angriff auf die Oberfläche von Nanopartikeln, der nach und nach innerhalb weniger Minuten zu einem vollständigen Zerfall führt.

Zitronensäure (CA), Salpetersäure (HNO3), Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl), Calciumchlorid CaCl2, Kaliumiodid (KI), Natriumsulfat (Na2SO4), Natriumcarbonat (Na2CO3), Natriumhydrogencarbonat ( NaHCO3), Natriumhypochlorit (NaClO), Natriumthiosulfat (Na2S2O3), Stärke und Anthracen wurden von Sigma-Aldrich gekauft, während Ethanolamin (EA) von Alfa Aesar gekauft wurde.

C-Punkte wurden durch Pyrolyse einer Mischung aus Zitronensäure (CA) und Ethanolamin (EA) gemäß einem an anderer Stelle beschriebenen Protokoll synthetisiert32. In einem typischen Versuch wurden 30,00 g CA und 28,61 g EA in einem Rundkolben gemischt und 30 Minuten lang unter Rückfluss an der Luft auf 180 °C erhitzt. Dann wurde der Kondensator entfernt und die Temperatur auf 230 °C erhöht. Die Reaktion wurde 30 Minuten lang durchgeführt, das Produkt wurde in einen Tiegel überführt und im Ofen bei 300 °C 1 Stunde lang weiter pyrolysiert. Anschließend wurde das Produkt 16 Stunden lang bei 100 °C mit HNO3 (400 ml, 1,5 M) behandelt. Das oxidierte Produkt wurde durch Dialyse unter Verwendung der SnakeSkin Plissee Dialysis Tubing-Membran (mit einem Molekulargewichts-Cut-off von 3500 Da) gereinigt und gefriergetrocknet.

Chronoamperometrie-Behandlungen wurden an einem Gamry Interface 1000-Potentiostat bei Raumtemperatur unter Verwendung eines Drei-Elektroden-Systems durchgeführt, das aus einer Ag/AgCl-Elektrode als Referenzelektrode und zwei Platinelektroden als Arbeitselektrode bzw. Gegenelektrode bestand. Sofern nicht anders angegeben, wurden die C-Punkte in 0,15 M KCl-Lösung dispergiert, die Größe der angelegten Spannung variierte von 0,5 bis 3,0 V (in Schritten von 0,5 V). Bei allen Versuchen wurde die Behandlungsdauer konstant bei 60 s gehalten.

10 ml einer 0,04 mg ml–1 wässrigen Dispersion von C-Punkten wurden unter Rühren in Bechergläser gegeben, die 10 ml NaClO mit Konzentrationen von 0,1, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 mM enthielten. Alle Gemische wurden 48 Stunden lang bei Raumtemperatur belassen, bevor ihre PL-Spektren aufgezeichnet wurden.

20 ml H2SO4 (0,1 M) und 10 ml KI (0,5 M) wurden zusammen mit 20 ml der KCl-Lösung (0,15 M), die einer Amperometrie-Behandlung (3 V, 60 s) unterzogen wurde, in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Die Mischung wurde mit Na2S2O3-Lösung (0,2 M) titriert. Das Verschwinden der nach der Stärkezugabe gebildeten blauen Komplexe wurde zur Bestimmung des Endpunkts der Titration herangezogen.

Wässrige Dispersionen wurden in eine Quarzküvette von Hellma Analytics (1,0 cm Schichtdicke) gegeben und ihre Spektren wurden bei Raumtemperatur mit dem UV-3600-Spektrophotometer (Shimadzu) aufgezeichnet.

Photolumineszenzspektren wässriger Dispersionen von C-Punkten wurden mit einem Horiba Fluoromax-Spektrofluorometer bei Anregungswellenlängen (λex) zwischen 320 und 500 nm aufgezeichnet. Das QY wurde über die Gleichung bestimmt:

wobei I, A und η die integrierte Fluoreszenzintensität, Absorption bzw. den Brechungsindex bezeichnen. Der Index R gibt den Referenzfarbstoff Anthracen an, der in Ethanol gelöst wurde und QYR = 0,27 bei λex = 365 nm ergab. Die Fehlerbalken wurden auf der Grundlage einer Reihe von drei unabhängig voneinander wiederholten Experimenten berechnet.

Die XPS-Spektren von C-Punkten wurden mit einem ESCALAB 250Xi-Spektrometer (Thermo Fisher) aufgezeichnet, das mit einer monochromatischen Al Kα-Röntgenstrahlungsquelle ausgestattet war. Die Daten wurden mit der Thermo Avantage-Software angepasst.

FTIR-Spektren wurden mit dem Nicolet IS5-Spektrometer im Bereich von 4000–500 cm–1 aufgezeichnet und die getrockneten Proben wurden 128 Mal mit einer Auflösung von 2 cm–1 gescannt.

TEM-Bilder wurden mit einem Tecnai F20-Mikroskop aufgenommen, das bei 200 kV betrieben wurde. Die digitale Bildgebung erfolgte über eine Eagle-Kamera und TIA-Software. Die nach der Chronoamperometrie gewonnenen Proben wurden einer Dialyse gegen Wasser unterzogen, um die Elektrolyte zu entfernen. Ein Tropfen C-Punkte in Ethanol wurde auf das kohlenstoffbeschichtete Kupfergitter aufgetragen und das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampfen gelassen. Der hier angegebene Durchmesser der C-Punkte stellt den Durchschnitt von 50 Messwerten mit einer geeigneten Software dar.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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QY dankt dem China Scholarship Council (201906740082) für die finanzielle Unterstützung, als Gastdoktorand in Preston zu arbeiten. SG wurde von der University Alliance Doctoral Training Alliance im Rahmen des Marie Skłodowska-Curie COFUND-Programms unterstützt. AE dankt für die finanzielle Unterstützung von Erasmus Plus für die Arbeit in Preston. Wir danken dem Higher Education Innovation Fund (Research England) und dem UCLan Research Centre for Smart Materials für die finanzielle Unterstützung. AK widmet diesen Artikel Prof. Harry Eccles (University of Central Lancashire) anlässlich seines 80. Geburtstages.

Staatliches Schlüssellabor für Chemieingenieurwesen, East China University of Science and Technology, Shanghai, China

Qingsong Yang, Jiangtao Guo, Li Li und Xuhong Guo

UCLan Research Centre for Smart Materials, School of Natural Sciences, University of Central Lancashire, Preston, PR12HE, Großbritannien

Qingsong Yang, Spyridon Gavalas, Aleksander Ejsmont und Antonios Kelarakis

Abteilung für Chemische Technologie, Fakultät für Chemie, Adam-Mickiewicz-Universität in Posen, Uniwersytet Poznańskiego 8, 61-614, Posen, Polen

Aleksander Ejsmont

UCLan Research Centre for Smart Materials, School of Dentistry, University of Central Lancashire, Preston, PR12HE, Großbritannien

Marta J. Krysmann

Technisches Forschungszentrum für Werkstoffchemie von Xinjiang Bingtuan, Shihezi-Universität, Shihezi, China

Xuhong Guo

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QY, SG, AE, JG haben die Experimente entworfen und durchgeführt und die Ergebnisse analysiert, MJK, LL, XG, AK haben das Projekt konzipiert, die Experimente entworfen und überwacht, die Ergebnisse analysiert und das Manuskript erstellt. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Xuhong Guo oder Antonios Kelarakis.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Yang, Q., Gavalas, S., Ejsmont, A. et al. Neuformung von Kohlenstoffpunkten durch elektrochemisches Ätzen. Sci Rep 13, 3710 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30547-6

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Eingegangen: 22. Dezember 2022

Angenommen: 24. Februar 2023

Veröffentlicht: 06. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30547-6

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