盘点碳量子点的奇葩原料，简直无法直视

碳量子点（Carbon quantum dots，CQDs）是一类具有突出荧光性能的碳纳米材料，由尺寸小于 10 nm 的准离散球形碳纳米颗粒组成，兼具水溶性好、生物相容性高和易修饰的特点。在合成CQDs的过程中，对起始原料的要求不苛刻，通常是有机物就可以。可能读者对通常是有机物就可以不太了解，在这里笔者与大家分享一下制备CQDs所涉及的原料，有些会出乎意料的奇葩。

通常制备CQDs的材料有石墨烯、碳纳米管、碳棒和C₆₀，这些材料也是很常见的碳源，它们具有大量sp²杂化的碳结构，随着制备方法不断创新，展现了良好的应用前景。而随后又提出的以煤作为碳源制备CQDs表现出更大的潜力，因为煤中的结晶碳比单纯的sp²碳结构更容易被氧化替换（Nat. Commun., 2013, 4, 2943-2949, 图1）。

图1. 煤为碳源制备CQDs。图片来源：Nat. Commun.

除了这些比较“正经”的碳源之外，小分子有机物也是制备CQDs的常用之物，比如葡萄糖、甘露糖，还有谷氨酸、柠檬酸、乙二胺和维生素B2等，这些小分子能够在高温、微波等条件下聚合碳化形成碳主链，进而形成带有荧光的CQDs。并且小分子中的氮、硫等元素可以有效提高CQDs的荧光效率。毕竟小分子聚合为高分子进而可以形成CQDs，那些有机高分子也可以作为碳源制备CQDs，比较常用的有木质素、壳聚糖、淀粉和海藻酸钠等。而对于蛋白质，除含碳、氢原子外，还含有如氧、硫、氮等杂原子，这可以在制备CQDs的同时对其进行修饰，可以有效提高量子点的荧光效率，更是受到众多研究者的关注，比如牛奶（Anal. Chem., 2014, 86, 8902-8905，图2）、蚕丝、羊毛和蚕蛹（J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 387-393，图3）等都被用作过碳源。

图2. 牛奶为碳源制备CQDs。图片来源：Anal. Chem.

图3. 蚕蛹为碳源制备CQDs。图片来源：J. Mater. Chem. B

通常改进CQDs性能的方法就是掺杂了，基于此原理众多研究者也开始了各自的神操作，下边来看一下各种神奇的碳源。

水果

水果不仅美味可口，而且含有丰富的元素。丰富的元素，这似乎打开了一个大门。咱们先说一下人称“热带水果之王”的榴莲，独特的香味以及果肉的香甜让许多人对其又爱又恨，甚至飞机上以及某些饭店会禁止顾客携带榴莲。独特的香味是因为其中有含硫的化合物，基于此研究者通过对榴莲进行水热处理，制备出了量子产率为79%的硫掺杂碳量子点(S-CQDs)（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 5750-5759，图4）。这操作也是让吃瓜群众很震惊，震惊到不知道手里的瓜也可以制备碳量子点（J. Mol. Liq., 2018, 269, 766-774, 图5）。除此之外，甘蔗汁、橘子汁、葡萄汁和香蕉汁都被证明是可以制备碳量子点的。更重要的是不仅果汁可以，果皮也行（比如香蕉皮、橘子皮和柠檬皮）。因此，各位以后吃完水果请不要乱扔果皮和果核，往深了想想那就是一篇篇文章啊。

图4. 榴莲为碳源制备CQDs。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

图5. 西瓜汁为碳源制备CQDs。图片来源：J. Mol. Liq.

蔬菜

蔬菜中的大蒜也算是让人又爱又恨的一款了，吃过之后，呼吸之间会很有味道，而这也为一步制备N,S,C-QDs提供了条件（Sens. Actuators B, 2016, 223, 689-696图6）。另外一种很有味道的蔬菜是芫荽，俗称香菜，但是虽然叫香菜，却有人觉得香菜是肥皂味或臭虫味的。香菜叶含有丰富的碳、氮、氧的碳水化合物，研究人员利用水热处理可以很快得到量子点（Analyst, 2015, 140, 4260-4269, 图7）。当然，并不是只有这些有味道的蔬菜才能够制备量子点，基于萝卜、白菜、姜、辣椒、莲藕、蘑菇、土豆、扁豆、西蓝花和南瓜等制备量子点的文章都有发表。

图6. 大蒜为碳源制备CQDs。图片来源：Sens. Actuators B

图7. 香菜叶为碳源制备CQDs。图片来源：Analyst

除了这些蔬菜之外，有很多植物也已经被证明可以制备量子点，比如海藻、凤眼莲、银杏叶、绿茶，以及常被用于美容的芦荟也可以（J. Agric. Food Chem., 2015, 63, 6707-6714，图8）。平时走在路边，看到的花花草草没准都可以（Sens. Actuators B, 2018, 276, 82-88，图9；Appl. Surf. Sci., 2019, 463, 283-291，图10）。

图8. 芦荟为碳源制备CQDs。图片来源：J. Agric. Food Chem.

图9. 羊蹄甲花为碳源制备CQDs。图片来源：Sens. Actuators B

图10. 草为碳源制备CQDs。图片来源：Appl. Surf. Sci.

废弃物

以废弃物为小标题，可能有些大了，但是你看完笔者的列表之后可能就明白了……如果真要好好分类，真是难为笔者了。

轮胎灰（Chem. Commun., 2013, 49, 10290-10292）

蜡烛灰（Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 6473-6475）

虾壳（Sens. Actuators B, 2016, 224, 396-403）

鱼鳞（Sens. Actuators B, 2018, 262, 928-937）

麦秸（Appl. Surf. Sci., 2015, 355, 1136-1144）

玉米渣（Ind. Crops Prod., 2019, 133, 18-25）

废纸（New J. Chem., 2014, 38, 906-909）

过期可乐（Sci. Rep., 2017, 7, 11222-11234）

手指甲（Sens. Actuators B, 2018, 267, 494-501）

还有更狠的。以尿为碳源制备量子点的文章已经发表了（Talanta, 2018, 188, 35-40，图11）！而以鸽子屎作为还原剂制备纳米材料的工作也已经出现（ACS Sustainable Chem. Eng., 2017, 5, 4897-4905，图12），照这样发展下去，不知道能不能以屁作为碳源制备量子点？

图11. 尿液为碳源制备CQDs。图片来源：Talanta

图12. 鸽子屎为还原剂制备纳米材料。图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.

后记

笔者一直认为做实验应该是很有意思的，思考问题可以天马行空，做出来的东西可以古里古怪。而最近笔者突然感觉有点没有意思了，特别是常听到做实验就是为了发文章的抱怨，让自己一直深陷这个问题，做实验到底有什么用呢？严重的时候看到自己刷瓶子用了那么多的水都为水感到可惜。

说到这里，不得不提最近发表的一篇群嘲大量同行的ACS Nano神文（ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.9b00184），让我们先来领略一下那霸气侧漏的标题“Will Any Crap We Put into Graphene Increase Its Electrocatalytic Effect?”，“Crap”估计是看着学术期刊的面子才用的，我猜作者心中呼喊的那个词应该是“sh*t”！石墨烯作为研究热点，自然少不了拿各种物质掺杂一下测测性能提升了多少，然后灌一篇篇SCI……捷克科学家Martin Pumera估计是受够了这种水文，拿鸟屎作为掺杂剂提高石墨烯的电催化性能，严谨的实验和辛辣的文笔，构成了这篇“揭穿国王新衣”的大作！尽管只是篇Perspective，笔者觉得意义远大于一大堆Research Article。

不过，话又说回来，哪有那么多有趣又有真正意义的idea呢？

（本文由Sunshine供稿）