一、项目简介

碳点泛指具有荧光特性的碳纳米点，作为一种新型的荧光材料，近年来得到了非常广泛的研究，但其结构组成、命名分类、以及荧光机理都是尚未解决的科学问题。本项目涉及新型高效荧光碳点的合成方法、结构与性能关系及发光机理等研究内容。项目组自2010年以来，得到国家自然科学基金和教育部博士点新材料优先发展领域等项目资助：建立了聚合物碳点和石墨烯量子点等新型高效发光碳点的合成与制备方法，研究了结构与性能的关系及明确了分子态、边缘态发光机理，提出了聚合物碳点的概念及其交联增强发光理论。

该项目5篇代表性论文所代表的原创性工作被同行在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Nano Today, J. Am. Chem. Soc.等杂志作为研究亮点进行介绍、评述和跟进研究，他引4238次，4篇为ESI高被引论文。杨柏被邀请在国内外学术会议上作大会和邀请报告21次。水热交联聚合反应合成的聚合物碳点的研究成果入选2013年度中国百篇最具影响国际学术论文，单篇他引2143次，列Angew. Chem. Int. Ed.杂志2013年以来发表的所有研究论文引用第1名。水热交联聚合反应合成方法已成为聚合物碳点的经典合成方法，截至2018年12月共112篇论文在其实验部分引文采用该合成方法进行跟进研究并将其合成原料拓展实现系列化。我们在该项目中提出的几种发光机理（碳核态，表面态，分子态以及交联增强荧光）成为该领域的荧光现象的指导性理论基础。

二、创新点

（1）国际上首次报道利用水热交联聚合反应合成高量子效率的聚合物碳点：在水相中采用多官能度小分子单体通过交联聚合可得到高反应收率的水溶性聚合物碳点，明确了分子态发光机理，实现了量子效率的新突破。该方法具有普适性，可适用于多种含有胺基和羧基官能团的小分子单体及聚合物体系。

图1、水热交联聚合反应制备聚合物碳点（柠檬酸、乙二胺体系）示意图，该反应过程被本研究组后续工作系统研究，明确了具体的分子态发光中心，且该方法具有普适性。

（2）建立了强绿色荧光石墨烯量子点的合成新方法：率先采用一步溶剂热法制备了强绿色荧光石墨烯量子点，率先用化学修饰及超快光谱等手段研究石墨烯量子点的发光性能，明确了边缘态（表面态）发光机理。其水溶性好和低毒性特点可应用于生物成像领域；率先进行石墨烯量子点与聚合物杂化可同时提高透明材料的折射率和韧性。

图2、溶剂热裂解一步法制备强绿色荧光石墨烯量子点（GQDs）。

（3）提出了非共轭聚合物碳点体系中的交联增强效应：通过设计非共轭模型体系的交联实验、理论分析和对已发表文献实验数据的深入研究，提出了聚合物碳点的交联增强发射（CEE）效应，此效应被后续研究工作广泛证实和发展，对“碳点”发光机理研究具有里程碑式的意义。

图3、聚乙烯亚胺（PEI）和四氯化碳交联体系为模型的交联增强发射（CEE）效应。以及我们和其他研究组后续证实CEE存在于多种体系中，具有普适性。