**Kailash Devi | Vivek Anand | Vishal Mutreja | Deepika Jamwal | Prashant Kumar**
化学系，昌迪加尔大学科学研究所，甘鲁安，旁遮普邦，140413，印度
**摘要**
通过使用不同的溶剂，采用一种简单的一锅法溶热合成方法，从叶绿素中合成了多种颜色的荧光碳点。所合成的蓝光（EA-CDs）、黄绿色（D-CDs）和橙红色（E-CDs）荧光碳点的量子产率分别为26.9%、31.7%和40.1%。利用高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和光致发光光谱对它们的结构和表面进行了表征，确认其具有球形形态，平均直径分别为2.2纳米、3.5纳米和4.3纳米，并且表面存在丰富的官能团，这些官能团控制着它们的发光特性。有趣的是，通过采用EA-CDs作为供体、D-CDs/E-CDs作为受体的共振能量转移（RET）方法实现了白光发射（WLE）。溶液相中的WLE显示出CIE坐标为（0.31, 0.33），与标准白光发射坐标（0.33, 0.33）非常接近，相应的色温（CCT）为6602 K。此外，在琼脂凝胶和聚乙烯醇薄膜中也实现了WLE，对应的CIE坐标分别为（0.29, 0.30）和（0.28, 0.33）。光谱重叠（J(λ)）和寿命研究表明效率高的能量转移，所研究的供体-受体对的Forster距离分别为3.07纳米、2.25纳米和4.40纳米。这些发现表明，利用碳点可以在供体和受体之间有效传递能量以实现WLE，为下一代固态照明和全彩显示技术提供了一条可持续的路径。
**引言**
近年来，由于白光发射材料在有机白光二极管（OLED）、背光光源和全彩显示技术中的广泛应用，它们受到了极大的关注（1）（2）（3）。最初，我们使用基于树状大分子的hydrogel在镧系离子存在下实现了白光发射（4）。然而，我们目前的研究重点在于开发环保且可持续的材料以实现白光发射，因为无机系统存在一些局限性，如毒性、合成复杂、成本高以及可调性差（5）（6）。相比之下，天然染料基类似物能够实现高效的能量传递，因为天然染料具有优异的摩尔消光系数和更高的荧光量子产率（5）（7）。使用天然染料的另一个优势是，得到的WLE系统成本效益高，并且具有出色的显色指数（CRI）和相关色温（CCT）值，适用于照明行业的实际应用（8）。最近的研究利用天然染料通过RGB（红/绿/蓝）方法实现了白光发射，其中红、绿、蓝光的组合产生了白光（9）（10）。根据文献报道，白光发射可以通过两种主要方式实现：要么是在蓝色发光二极管（LED）芯片上涂覆黄色荧光粉，要么是调节红、绿、蓝（RGB）荧光团的发光比例（9）（10）。在这种情况下，能够发射较长波长（从黄色到红色）的碳点（CDs）特别重要。同时，绿光和蓝光发射的CDs对于开发基于RGB的白光LED也是必要的（9）。然而，传统的稀土基荧光粉价格昂贵且不可再生（11）。量子点（QDs）和碳点被视为可能的替代品；许多传统系统依赖于镉（Cd）和铅（Pb）等重金属，这些元素会引起严重的环境和生物相容性问题（12）（13）。因此，开发环保、低成本且易于制造的替代品对于推进白光二极管（WLED）技术至关重要（14）。最近，由于碳点具有出色的性能，包括强烈的荧光、低毒性、生物相容性、多样的表面功能以及增强的响应性（15）（16），基于碳的纳米材料得到了广泛应用（15）（16）。这些性能使碳点成为生物成像、纳米医学、传感器、打印墨水、指纹识别、光催化和发光二极管等多种应用的理想候选材料（17）（18）（19）。
**近期研究**
最近也有研究探索了基于白光发射材料的生物质衍生碳点的制备。例如，M. Maruthupandi等人利用废弃的咖喱叶合成了碳点（CL-C），并将其用于制造CIE坐标为（0.30, 0.35）的白光二极管（20）。John等人通过结合姜黄素和石榴提取物实现了白光发射；通过使用银纳米粒子进一步改善了该系统的发光性能，其CIE坐标为（0.28, 0.31）（21）。此外，S. Qiang等人报道了通过黄芩素和其他天然荧光团（A1）与花青素之间的Förster共振能量转移（FRET）实现了白光发射，CIE坐标为（0.34, 0.33）（22）。Roy等人利用葫芦巴和印楝树提取的石墨烯量子点实现了具有优异色坐标的高效白光发射（23）。另有一项研究中，Ann Mary等人使用新鲜的Hemigraphis colorata叶子合成了碳纳米颗粒（CNP），用于生成CIE坐标为（0.28, 0.30）的白光（24）。H. Shi等人则使用芒果叶提取物报告了一种CIE坐标为（0.32, 0.32）的白光发射系统（25）。这些结果表明，基于植物的材料及其衍生的碳点作为开发高效白光发射器的可持续平台具有巨大潜力（26）。尽管大多数系统依赖于多组分集成和异原子掺杂来实现宽广的发射光谱，但这些方法往往涉及复杂的合成程序，限制了对发射特性和可重复性的精确控制（27）（28）。因此，未来的研究将致力于提高量子产率、优化染料组合、研究光发射的机制，并探索各种提取技术，以开发能够革新照明行业的可持续高性能白光发射系统。
**在我们之前的工作中**
在我们之前发表的研究中（29），我们利用胡萝卜、甜菜 root 和 Java plum 等天然提取物，在溶液和凝胶介质中实现了两种不同的白光发射系统。通过光谱重叠和荧光寿命研究，彻底研究了WLE的机制（29）。在另一项研究中，我们使用天然胡萝卜提取物及其衍生的碳点实现了白光发射（30）。所开发的白光发射系统的CIE坐标分别为溶液相的（0.32, 0.34）和凝胶相的（0.31, 0.36）。为了继续探索利用植物提取物制造高效发光器件的潜力，在本工作中，我们利用叶绿素衍生的碳点实现了白光发射。在细菌、藻类、苔藓植物和绿色植物的光合作用过程中，叶绿素是最广泛存在、成本最低且易于提取的生物分子（31）（32）。作为光系统的重要组成部分，叶绿素（Chl）使植物能够吸收光能。它具有两个显著的吸收带：Soret带（410-450 nm）和Q带（600-700 nm范围）（30）（31）。除了光吸收外，叶绿素还能将吸收的光子能量以激子的形式传递给光系统的反应中心（31）（33）。叶绿素含有一个主要负责能量传输和光捕获的卟啉环（33）（33），其核心是一个被四个氮原子包围的镁（Mg）原子（32）。受这种天然光捕获机制的启发，我们采用溶热方法合成了碳点，这是一种灵活且广泛应用于制备各种纳米材料（包括碳点和纳米颗粒）的技术（36）（37）。此外，溶热技术具有多种优点，包括对粒子大小和形态的精确控制，以及能够生产具有增强光学和结构特性的材料（36）（37）。因此，开发基于单一前体的方法并实现可调发光是非常令人向往的。当前的工作展示了一种基于单一前体（叶绿素）的溶热合成碳点的方法，该方法可以形成具有可调荧光和优异光稳定性的多色荧光碳点。与之前报道的系统不同，当前策略避免了复杂的掺杂、多组分组装和合成后的修饰（38）（39）。通过基于RGB方法的能量转移机制控制合成碳点的混合，实现了白光发射。这种一步法的简单性、可扩展性和可调性使其成为下一代环保WLE应用的理想候选者。
**材料**
叶绿素粉末从TCI Chemicals购买。溶剂（包括乙酸乙酯（C4H8O2）、二甲亚酰胺（DMF）和乙醇（EtOH）从Sigma-Aldrich购买，纯度为AR级（≥99%）。通过HCl和NaOH溶液调整了合成碳点溶液的pH值。所有化学品未经进一步纯化直接使用。整个实验使用高纯度双蒸水（H2O）进行。使用前，所有玻璃器皿都用新鲜配制的溶剂彻底清洗。
**碳点的合成与表征**
在碳点表面钝化过程中，根据所使用的钝化剂的不同，可以在碳骨架上引入各种含氧官能团，如环氧基、羟基、羰基、羧基和亚砜基（41）（42）。这些官能团有助于提高碳点在极性溶剂中的溶解度（43）。图1展示了以叶绿素为碳源制备的蓝光、黄绿色和橙红色荧光碳点的合成过程。
**UV-Vis和光致发光分析**
在室温下，利用UV-Vis和光致发光光谱研究了合成碳点的光学特性。未经改性的叶绿素的吸收光谱在415 nm和670 nm处显示两个明显的吸收峰。经过表面修饰后，EA-CDs在290 nm处显示一个吸收峰，D-CDs在293 nm处显示一个吸收峰，E-CDs在275 nm处显示一个吸收峰，并在415 nm处还有一个额外的小峰。这些吸收特征归因于芳香基团内的π-π*和n-π*跃迁（70）。
**结论**
总之，我们合成了三种多色荧光碳点（EA-CDs、D-CDs和E-CDs），并对其光学物理性质进行了全面研究。所制备的碳点具有强烈的荧光发射、优异的光稳定性和可调的光学性能。光谱分析表明，这些碳点在蓝光、黄绿色和橙红色区域发光，具有良好的光谱覆盖范围，适合产生白光。
