《Materials Science and Engineering: B》：Stable and selective CQDs from chrysanthemum flowers for environmental monitoring applications
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碳量子点通过菊花水热法合成，具有sp2石墨烯嵌段结构及氧氮表面基团，表现出优异的水溶性和光稳定性，可同时实现21-91℃宽温域光学温敏（灵敏度0.69%℃?1）和Cr??/Fe3?低检测限（1.136/0.99 μM）荧光检测，并通过AGREE和GAPI认证环境可持续性。
Avinash Kumar | Naresh Dhiman | Dinesh Pathak | Arvind K. Gathania
物理与光子科学系，印度哈米尔普尔国立技术学院，177005，H.P.
摘要
通过一种简单且环保的水热法，从菊花中合成了碳量子点（CQDs）。制备出的CQDs平均粒径约为3.09纳米，其结构由嵌入非晶碳区域中的sp2杂化石墨烯域组成。这种纳米级的异质性，加上丰富的含氧和含氮表面官能团，赋予了CQDs显著的光致发光性能、优异的水溶性和高光稳定性。CQDs显示出宽的、受激发态影响的发射光谱，这是表面态主导发光的特征。基于CQDs的传感方法的环境可持续性通过Analytical GREEnness（AGREE）评分（0.81）和Green Analytical Procedure Index（GAPI）评估得到了验证。由于这些特性，CQDs具备双重功能：在宽温度范围（21–91°C）内实现可逆的光学温度传感，热灵敏度为0.69% °C?1（R2 = 0.98）；同时能够选择性地检测Cr??和Fe3?离子，检测限分别低至1.136 μM和0.99 μM。在实际水样（自来水和地下水）中成功验证了其传感性能，表现出良好的准确性和回收率，证明了其在实际水环境中的适用性。这些结果表明，从菊花中提取的CQDs是一种低成本、可持续的多功能纳米材料，适用于选择性金属离子检测和光学温度传感。
引言
碳量子点（CQDs）是一类因其独特的荧光特性、生物相容性、低毒性和环保性而受到广泛关注的纳米材料。通常，CQDs的尺寸小于10纳米，具有显著且可调的光致发光（PL）性能，这使它们适用于化学传感、生物成像和光电子学等领域[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。与传统半导体量子点不同，CQDs可以由天然、可再生且低成本的前体通过绿色简单的化学方法合成，支持可持续材料的发展[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。除了光学应用外，最近的研究还展示了从可再生和低成本前体中绿色合成的CQDs在多种功能应用中的实用性，包括催化和能源相关过程，突显了它们作为可持续纳米材料的多样性[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。它们的传感行为通常基于电子转移、复杂物质形成或内部过滤效应等机制来抑制或增强PL。据报道，CQDs能够选择性地、灵敏地检测Fe3?、Cu2?、Hg2?和Cr??等离子。此外，CQDs的温度响应性PL特性使其能够在生物和环境应用中作为纳米温度计使用[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。
尽管最近的一些研究报道了具有温度传感和金属离子检测双重功能的生物质衍生CQDs，但在将这些双模式系统转化为实际应用方面仍存在许多挑战。许多先前报道的CQDs依赖于杂原子掺杂、化学钝化或多步骤合成协议来实现多功能性，这增加了合成的复杂性，并可能影响重复性。此外，尽管展示了双重功能，但对操作稳定性的系统评估（如长时间光照下的光稳定性、高离子强度下的耐受性、反复加热-冷却循环中的稳定性以及在实际水样中的验证）往往有限或未得到系统性的探讨。因此，许多报道的双模式CQD传感器的可靠性和适用性尚未得到充分证实。
因此，该领域未满足的需求不是展示更多的双模式CQD系统，而是开发合成简单、无掺杂剂的CQDs，这些CQDs具有内在的表面化学性质，在实际条件下经过实验验证的稳定性，并且具有可证明的环境可持续性。在这项工作中，通过使用菊花作为天然碳源，采用一步水热合成法制备CQDs，无需使用外部掺杂剂或表面修饰剂，并使用已建立的Analytical GREEnness（AGREE）和Green Analytical Procedure Index（GAPI）指标定量评估了分析方法的环保性。前体的天然植物化学组成使得CQDs具有含碳、氮和氧的表面官能团，从而提供了稳定的水分散性和可重复的PL行为。除了展示用于光学温度测量和选择性检测Cr??及Fe3?离子的双重功能外，本研究还系统地考察了在紫外光和白光照射下的光稳定性、储存和盐稳定性、热可靠性以及在实际水样中的传感性能。这些综合属性使当前的CQD系统与之前报道的双模式生物质衍生CQDs区分开来，强调了操作稳定性和实际适用性，而不仅仅是孤立的性能指标。
材料与化学品
材料与化学品
用于CQDs制备的前体是来自阳台种植的菊花。离子传感过程中使用了以下化学品：九水合硝酸铝（Al(NO?)?·9H?O，>98%）、硫酸铵（(NH?)?SO?）、二水合氯化钙（CaCl?·2H?O，>98%）、六水合氯化钴(II)（CoCl?·6H?O，>98%）、一水合醋酸铜（(CH?COO)?Cu·H?O，>98%）、盐酸（HCl，>35%）、硝酸铅（Pb(NO?)?，>99%）、氯化汞（HgCl?，>98%）。
形态与结晶度分析
使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）研究了合成的CQDs的形态和结构特征。如图1a–b所示，CQDs呈近似球形，平均直径约为3.09纳米（由尺寸分布分析确定，见图1d）。高分辨率成像（图1b）显示了清晰的晶格条纹，平面内碳晶格间距约为0.213纳米。这一间距与石墨烯的(100)晶面一致，表明它们具有sp2杂化特性。
结论
总之，通过一种简单、无掺杂且环保的水热法，成功从菊花中合成了CQDs。所得CQDs的平均粒径为3.09纳米，具有纳米级的结构异质性，由嵌入非晶碳区域中的局部sp2杂化石墨烯域组成，同时含有丰富的含氧和含氮表面官能团。这些内在的结构和表面特性赋予了CQDs强烈的...
CRediT作者贡献声明
Avinash Kumar：撰写原始草稿、方法论、实验研究、正式分析。
Naresh Dhiman：撰写原始草稿、实验研究、正式分析。
Dinesh Pathak：撰写与编辑、方法论、实验研究、正式分析。
Arvind K. Gathania：撰写与编辑、验证、监督、方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
