納米碳量子點(diǎn)（CDs）具有十分優(yōu)越的特性，這使得它們?cè)诶绻鈱W(xué)傳感、光生伏特以及生物成像等一系列領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。然而，為了成功地將這種零維納米材料投入實(shí)際應(yīng)用，我們?nèi)孕柽M(jìn)一步理解其光致發(fā)光原理以及光致電荷的具體轉(zhuǎn)移過(guò)程。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（UIUC）的學(xué)者們對(duì)于碳點(diǎn)的光物理特性分別在其單一粒子水平以及整體（bulk）狀態(tài)下進(jìn)行了深入研究。這些碳點(diǎn)均通過(guò)一些分子進(jìn)行了表面鈍化，這些分子分別作為電子受體或電子給體。
在研究初期，研究人員通過(guò)透射電鏡（TEM）對(duì)樣品進(jìn)行了表征，結(jié)果表明許多碳點(diǎn)團(tuán)聚成了環(huán)狀結(jié)構(gòu)。然而通過(guò)TEM測(cè)得的顆粒直徑與由動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)測(cè)得的結(jié)果并不一致，這很可能是由于TEM樣品制備過(guò)程中引入的誤差導(dǎo)致的。為了實(shí)現(xiàn)更高分辨率的表征以及更準(zhǔn)確的顆粒尺寸測(cè)量，研究人員們決定使用原子力顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行進(jìn)一步的研究。AFM原子力顯微鏡的高分辨率成像結(jié)果表明環(huán)狀結(jié)構(gòu)與棒狀結(jié)構(gòu)同時(shí)存在。并且與TEM的結(jié)果相比，原子力顯微鏡測(cè)得的環(huán)狀結(jié)構(gòu)其尺寸與形狀都更均一。
研究人員還使用了一系列其它技術(shù)并結(jié)合密度泛函理論（DFT）計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明形成什么樣的結(jié)構(gòu)是由許多實(shí)驗(yàn)變量決定的，諸如時(shí)間、顆粒濃度、以及氫鍵結(jié)合等。結(jié)合所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員認(rèn)為碳點(diǎn)聚集態(tài)（bulk state）的光物理特性受到其形成的分層結(jié)構(gòu)的影響。