Фотолюменесценция углеродных точек: обзор механизмов формирования, влияющих факторов и способов регулирования

Аннотация

Углеродные точки в последние годы стали одним из наиболее интенсивно исследуемых классов углеродных наноматериалов благодаря их регулируемой фотолюминесценции, высокой фотостабильности, низкой токсичности и развитой поверхностной химии. Несмотря на это, единая научная концепция, объясняющая природу их фотолюминесценции, до настоящего времени не сформирована, что ограничивает возможности целенаправленного управления свойствами углеродных точек. В настоящей обзорной статье систематизированы современные исследования, посвящённые основным методам синтеза углеродных точек, особенностям их структуры и механизмам формирования фотолюминесценции. Проанализированы модели квантового ограничения, поверхностных состояний, структурных дефектов и молекулярных состояний, проведено сравнение их преимуществ, ограничений и взаимосвязи. Кроме того, рассмотрена роль поверхностной функционализации и легирования гетероатомами, такими как азот, сера и фтор, в управлении фотолюминесцентными свойствами углеродных точек. Проанализированы основные направления применения углеродных точек в биовизуализации, биосенсорике, тераностике и оптоэлектронике с учётом взаимосвязи между их структурой и фотолюминесцентными свойствами. Научная новизна данного обзора заключается в комплексной систематизации основных факторов, влияющих на фотолюминесценцию углеродных точек, критическом анализе взаимосвязей между их структурными, поверхностно-химическими и оптическими свойствами, а также в определении современных подходов к целенаправленному управлению фотолюминесцентными характеристиками и перспективных направлений дальнейших исследований. Результаты представленного анализа могут служить теоретической основой для разработки углеродных точек с прогнозируемыми фотолюминесцентными свойствами и их эффективного применения в биомедицинских, сенсорных и оптоэлектронных технологиях.