C-dots được phát hiện lần đầu tiên vào năm 2004 bởi tai nạn thơng qua việc phĩng điện hồ quang qua các ống nano carbon đơn lớp (SWCNTs) [33]. Một số dải huỳnh quang được phân lập sau khi chọn lọc gel. Các đám này cĩ hình dạng tương đối hình cầu, và sau đĩ được đặt tên là các chấm carbon (C- dots). Phĩng điện hồ quang là một điều kiện thí nghiệm khắc nghiệt. Cĩ nhiều phương pháp chế tạo khác nhau đã được thử nghiệm để đơn giản hĩa tổng hợp các hạt C-dots. Các cách tổng hợp C-dots này cĩ thể được phân loại thành hai nhĩm: từ trên xuống và từ dưới lên.
Hình 1.14. Ảnh TEM của các hạt C-dots
Các nhĩm từ trên xuống chứa C-dots được tổng hợp từ các phân tử nguồn carbon tương đối lớn. Những phân tử carbon lớn đĩ sau đĩ dần dần bị phân hủy thành các nguyên tử carbon nhỏ hơn và hình thành lõi carbogen C-dots. Một số phân tử nguồn carbon lớn là: ống nano carbon, muội than, que điện cực than chì, v.v ... Kể từ khi C-dots lần đầu tiên được phát hiện bằng phương pháp phĩng hồ quang. Các nhà nghiên cứu theo mơ hình tương tự để phá vỡ các tiền chất
carbon lớn. Phá vỡ các nguồn carbon cĩ thể khĩ khăn; do đĩ, các điều kiện thí nghiệm thường khắc nghiệt, chẳng hạn như sử dụng phĩng điện hồ quang, khắc điện hĩa và cắt đốt bằng laser. Nĩi chung, ngày càng cĩ các phương pháp tổng hợp nhiều hơn và đơn giản hơn.
Nhĩm từ dưới lên được phát triển vào khoảng năm 2008 để thay thế các phương pháp từ trên xuống khắc nghiệt và nguy hiểm. Việc tổng hợp C-dots sau đĩ trở nên ít tốn kém hơn và dễ dàng tái sản xuất trong hầu hết các phịng thí nghiệm hĩa học. Tổng hợp từ dưới lên bao gồm tất cả các phương pháp khác để tạo C-dots từ một tiền chất carbon nhỏ (tương đối) và một số vật liệu pha tạp. Tiền chất carbon khác nhau và các chất pha tạp đã được thử nghiệm. Một số tiền chất carbon thường được sử dụng bao gồm, nhưng khơng giới hạn, axit citric, muối citrate và đường. Tất cả chúng đều cĩ giá cả phải chăng và cĩ sẵn trong các phịng thí nghiệm hĩa học. Cĩ những lợi thế khơng thể phủ nhận khi sử dụng nguyên liệu ban đầu phải chăng và phương pháp tổng hợp đơn giản so với các hĩa chất đắt tiền (SWCNTs cĩ giá trung bình từ 600 đến 1000 USD cho 50 g), và yêu cầu điều kiện khắc nghiệt. So với các phương pháp từ trên xuống, các phương pháp từ dưới lên sử dụng các vật liệu bắt đầu phổ biến hơn và cĩ cách tiếp cận ít khắc nghiệt hơn. Các điều kiện thí nghiệm thường nhẹ nhàng, chủ yếu liên quan đến ủ nhiệt (200 ~ 300°C) và sấy khơ. Trong một số trường hợp nhất định, các tổng hợp là tổng hợp một nồi. Phương pháp nhiệt phân, vi sĩng và siêu âm rơi vào nhĩm từ dưới lên và phục vụ mục đích tốt.
Nghiên cứu về C-dots chủ yếu tập trung vào tổng hợp và mơ tả đặc điểm kể từ khi phát hiện ra nĩ. Rất nhiều phương pháp tổng hợp được báo cáo, và các giả thuyết về nguồn gốc phát quang được đề xuất. Bên cạnh việc nghiên cứu tổng hợp và cơ chế và khám phá nhiều phương pháp tổng hợp hơn, các ứng dụng của C-dots cũng là chủ đề quan trọng. Các ứng dụng thực tế cĩ thể thúc đẩy nghiên cứu về C-dots hơn nữa và lâu hơn.
Vì C-dots cĩ nhiều nhĩm chức bề mặt ưa nước, ví dụ, nhĩm hydroxyl và nhĩm carboxyl, C-dots cĩ tiềm năng lớn để biến tính bề mặt, đặc biệt là khi C- dots cũng cĩ tỷ lệ bề mặt trên thể tích lớn. Các chức năng bề mặt của C-dots và các ứng dụng của chúng đã trở thành trung tâm của các nghiên cứu liên quan đến C-dot kể từ năm 2013. C-dots được ứng dụng trong một số lĩnh vực như: chuyển đổi năng lượng lưu trữ, hiện ảnh sinh học, phân phối thuốc, cảm biến kim loại, thiết bị chẩn đốn và mực in nhiều màu [34].
Các nghiên cứu thử nghiệm và sự hiểu biết được mong đợi ngày càng nhiều. Để thương mại hĩa các ứng dụng C-dots này cho cuộc sống hàng ngày hoặc trong phịng thí nghiệm khoa học, sẽ cần rất nhiều nỗ lực và thời gian. Đây sẽ là điểm tập trung tiếp theo cho C-dots trong thập kỷ tới.
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU