走進(jìn)絢麗的納米世界：碳量子點(diǎn)制備實(shí)驗(yàn)

杜春燕

2023年10月4日，蒙吉·巴文迪、路易斯·布魯斯、阿列克謝·葉基莫夫3位科學(xué)家，因在發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)方面作出的貢獻(xiàn)，被授予2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

量子點(diǎn)是人工合成的、大小在1～20納米之間的半導(dǎo)體粒子。一個(gè)量子點(diǎn)通常只由數(shù)千原子組成，而不同尺寸的量子點(diǎn)會(huì)發(fā)出不同顏色的光。本期就讓我們通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)碳量子點(diǎn)吧！

實(shí)驗(yàn)材料

一次性手套、椰子殼、蒸發(fā)皿、烘箱、研缽、燒杯、量筒、白醋、電子秤、小勺、玻璃棒、濾紙、比色皿、紫外線燈

實(shí)驗(yàn)步驟

1 戴上一次性手套，將準(zhǔn)備好的椰子殼或其他果皮放在蒸發(fā)皿中，將蒸發(fā)皿放在烘箱（也可用家用烤箱）中烘烤。烘箱溫度設(shè)定為230攝氏度，工作時(shí)間設(shè)定為30分鐘（注意：不同功率的烘箱或烤箱需要的時(shí)間可能不一樣，隨時(shí)觀察椰子殼或果皮的狀態(tài)，完全碳化后即可）。

2 取出烘烤好的椰子殼。這時(shí)椰子殼已碳化，變成了炭黑色。將它們放在研缽中，研磨成粉。

3 用電子秤稱取0.05克椰子殼碳化粉末（沒(méi)有電子秤也可以直接取一小勺）。用量筒量取20毫升白醋，并倒入燒杯中。將稱好的碳化粉末倒入裝有白醋的燒杯中，并用玻璃棒攪拌均勻。

實(shí)驗(yàn)步驟

4 用濾紙將燒杯中的懸濁液過(guò)濾，得到碳量子點(diǎn)溶膠。

5 將碳量子點(diǎn)溶膠倒入比色皿中（在家用透明容器即可）。將比色皿放在紫外線燈下照射，觀察其熒光效果。

實(shí)驗(yàn)原理

碳元素是構(gòu)成生物體最基本的元素，也是自然界含量最豐富的元素之一。2004年，科學(xué)家在制備碳納米管的純化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了碳量子點(diǎn)。它是一種新型的零維碳納米材料，具有特殊的熒光性質(zhì)。因其良好的水溶性和生物相容性，且化學(xué)穩(wěn)定性高、低毒，被用于光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池和生物成像等多個(gè)領(lǐng)域。

在生活中，我們可以用常見(jiàn)的生物質(zhì)材料，例如玉米芯、一次性筷子、椰子殼、榴蓮殼、橘子皮等作為碳源，碳化后，利用水或者酸性、堿性溶劑提取制備碳量子點(diǎn)。

在我們身邊，也有量子點(diǎn)的“身影”。發(fā)光二極管背光光源的色彩，經(jīng)過(guò)量子點(diǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)化，可以在家用電器的屏幕上呈現(xiàn)出最佳的紅、綠、藍(lán)3種基本顏色。

未來(lái)，隨著元宇宙、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的飛速發(fā)展，各類電子設(shè)備的顯示屏或液晶面板，都有可能在量子點(diǎn)技術(shù)的幫助下，給人們帶來(lái)更好的視感體驗(yàn)。

上期實(shí)驗(yàn)答案

在清水中加兩勺食鹽，

攪拌讓食鹽溶解。

用準(zhǔn)備好的鹽水漱口（30秒左右），

讓鹽水充分接觸口腔內(nèi)壁后，

收集脫落的口腔黏膜細(xì)胞。

在口腔唾液中加入少許洗滌靈水，

攪拌均勻；再加入等體積的

冷藏過(guò)的高濃度酒精，即可看到

人體口腔細(xì)胞的DNA沉淀。