背景介绍
碳点（CDs）作为一种新兴的碳基纳米材料，具有光稳定性好、发射效率高、发射波长可调、环境响应性好等光学特性。此外，小尺寸（1 ~ 10 nm）和优异的生物相容性为CDs在传感和成像领域提供了巨大的应用潜力，其分析和检测的对象包括但不限于化学成分（如金属/非金属离子、有机化合物和pH值）、物理因素（如温度、压力）和生物组分（如谷胱甘肽、蛋白质、DNA/RNA、病原体和细菌）等等。尽管取得了上述进展，然而大多数研究主要局限于在溶液和生理环境中。相比之下，很少有人使用CDs作为荧光探针来实时监测固态反应中的动态过程，而后者对于我们理解发生在固相材料（如金属氧化物）表界面的复杂反应至关重要。
针对上述挑战，安徽大学材料科学与工程学院毕红教授课题组和汪春昌教授课题组合作，利用CDs发光的环境敏感性来监测金属氧化物（MgO和CaO）晶体表面Vo的演变过程，从而实现固态界面反应过程的原位可视化（图1）。
具体而言，采用中性红和左氧氟沙星为前驱物，经过水热合成得到碳点（H-CDs）粉末能够发出明亮的绿色固态荧光，其独特的薄圆盘状结构和优异的亲水性有利于H-CDs快速粘附在金属氧化物晶体表面。将该H-CDs粉末与金属氧化物晶体简单混合，H-CDs优先吸附在金属氧化物表面Vo位点并诱导界面极化。随后，表面吸附水和Vo介导的界面反应导致H-CDs从最初的绿色荧光（λmax=486 nm）转变为红色荧光（λmax=620 nm）。在此基础上，利用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)可对上述动态过程进行高时空分辨率的实时示踪，进而从微观层面揭示金属氧化物表面反应活性位点Vo的分布规律和演化机制。
图1. 亲水的薄圆盘状H-CDs粉末和富含Vo的MgO晶体的结构示意图，以及利用H-CDs荧光颜色变化来实时可视化界面处的Vo动态过程示意图。
全文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202402827
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