走進絢麗的納米世界：碳量子點制備實驗

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位科學家，因在發現和合成量子點方面作出的貢獻，被授予2023年諾貝爾化學獎。

量子點是人工合成的、大小在1～20納米之間的半導體粒子。一個量子點通常只由數千原子組成，而不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。本期就讓我們通過一個實驗來認識碳量子點吧！

實驗材料

一次性手套、椰子殼、蒸發皿、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

實驗步驟

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

2 取出烘烤好的椰子殼。這時椰子殼已碳化，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。

實驗步驟

4 用濾紙將燒杯中的懸濁液過濾，得到碳量子點溶膠。

5 將碳量子點溶膠倒入比色皿中（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。

實驗原理

碳元素是構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，科學家在制備碳納米管的純化過程中，發現了碳量子點。它是一種新型的零維碳納米材料，具有特殊的熒光性質。因其良好的水溶性和生物相容性，且化學穩定性高、低毒，被用于光電探測器、太陽能電池和生物成像等多個領域。

在生活中，我們可以用常見的生物質材料，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。

在我們身邊，也有量子點的“身影”。發光二極管背光光源的色彩，經過量子點技術轉化，可以在家用電器的屏幕上呈現出最佳的紅、綠、藍3種基本顏色。

未來，隨著元宇宙、虛擬現實、增強現實等技術的飛速發展，各類電子設備的顯示屏或液晶面板，都有可能在量子點技術的幫助下，給人們帶來更好的視感體驗。

上期實驗答案

在清水中加兩勺食鹽，

攪拌讓食鹽溶解。

用準備好的鹽水漱口（30秒左右），

讓鹽水充分接觸口腔內壁后，

收集脫落的口腔黏膜細胞。

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

冷藏過的高濃度酒精，即可看到

人體口腔細胞的DNA沉淀。