مروری بر کاربرد نقاط کوانتومی کربن (CQDs) در فناوری های غشایی
محورهای موضوعی : سامانه های پلیمری تحریک پذیر
فرزاد مهرجو
1
(دانشگاه بیرجند)
کلید واژه: نقاط کوانتومی کربن, نقاط کوانتومی گرافن‌اکسید, جداسازی غشایی, ضدرسوب,
چکیده مقاله :
نقاط کوانتومی کربن (Carbon Quantum Dots)، که نوع جذابی از کربن‌های نانوساختار هستند، اخیراً توجه گسترده‌ای را در زمینه فناوریهای غشایی برای کاربردهایشان در فرایندهای جداسازی به خود جلب کردهاند. به این دلیل که آن¬ها دو مزیت منحصربه‌فرد دارند. تولید آن¬ها آسان و ارزان است، در حالی که خواص فیزیکوشیمیایی آن¬ها مانند اندازه¬های بسیار کوچک، زیست¬سازگاری خوب، بی¬اثری شیمیایی بالا، آب¬دوستی قابل‌تنظیم، غنی از گروه¬های عملکردی سطحی و ویژگی¬های ضدرسوب بسیار مطلوب هستند. محققان با استفاده از این موارد، کاربرد آن¬ها را در طرح‌های مختلف غشاء برای اسمز معکوس (Reverse Osmosis)، اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration)، نانوفیلتراسیون (Nonofiltration)، اسمز مستقیم (Forward Osmosis)، اسمز عقب‌مانده فشاری (Pressure Retarded Osmosis)، تقطیر غشایی (Membrane Distillation) و فرایندهای نانوفیلتراسیون حلال آلی (Organic Solvent Nanofiltration) مورد بررسی قرار دادند. به‌طور خاص، CQDs به ویژه اکتشاف در زمینه تصفیه آب توسط فناوری¬های غشایی را تحریک کرده¬اند، زیرا زیست¬سازگاری مواد غشایی برای اطمینان از ایمنی آب آشامیدنی از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر این، CQDs در موقعیت مطلوبی برای دستیابی به عملکرد بی¬سابقه فرایندهای جداسازی غشایی در تصفیه آب، با توجه به افزایش کارایی قابل توجه و تمایل ضدرسوب، همان¬طور که در تحقیق¬های اخیر کشف شده است، قرار دارند. در این مقاله، پیشرفت در توسعه غشاهای CQDs گنجانده شده و چالش-ها و دیدگاه¬های موجود بررسی شده است.
-
1. Baker S.N., Baker G.A., Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights, Angewandte Chemie International Edition, 49, 6726-6744, 2010.
2. Lim S.Y., Shen W., Gao Z., Carbon Quantum Dots and Their Applications, Chemical Society Reviews, 44, 362-381, 2015.
3. Wang Y., Hu A., Carbon Quantum Dots: Synthesis, Properties and Applications, Journal of Materials Chemistry C, 2, 6921-6939, 2014.
4. Xu X., Ray R., Gu Y., Ploehn H.J., Gearheart L., Raker K., Scrivens W.A., Electrophoretic Analysis and Purification of Fluorescent Single-Walled Carbon Nanotube Fragments, Journal of the American Chemical Society, 126, 12736-12737, 2004.
5. Hutton G.A.M., Martindale B.C.M., Reisner E., Carbon Dots as Photosensitisers for Solar-Driven Catalysis, Chemical Society Reviews, 46, 6111-6123, 2017.
6. Li H., Kang Z., Liu Y., Lee S.-T., Carbon Nanodots: Synthesis, Properties and Applications, Journal of Materials Chemistry, 22, 24230-24253, 2012.
7. Li X., Rui M., Song J., Shen Z., Zeng H., Carbon and Graphene Quantum Dots for Optoelectronic and Energy Devices: A Review, Advanced Functional Materials, 25, 4929-4947, 2015.
8. Shen J., Zhu Y., Yang X., Li C., Graphene Quantum Dots: Emerging Nanolights for Bioimaging, Sensors, and Catalysis and Photovoltaic Devices, Chemical Communications, 48, 3686-3699, 2012.
9. Wang R., Lu K.-Q., Tang Z.-R., Xu Y.-J., Recent Progress in Carbon Quantum Dots: Synthesis, Properties and Applications in Photocatalysis, Journal of Materials Chemistry A, 5, 3717-3734, 2017.
10. Wu X., Tian F., Wang W., Chen J., Wu M., Zhao J.X., Fabrication of Highly Fluorescent Graphene Quantum Dots Using L-Glutamic Acid for in Vitro/in Vivo Imaging and Sensing, Journal of Materials Chemistry C, 1, 4676-4684, 2013.
11. Zhang Y., He Y.H., Cui P.P., Feng X.T., Chen L., Yang Y.Z., Liu X.G., Watersoluble, Nitrogen-Doped Fluorescent Carbon Dots for Highly Sensitive and Selective Detection of Hg2+ in Aqueous Solution, RSC Advances, 5, 40393-40401, 2015.
12. Hu S., Tian R., Dong Y., Yang J., Liu J., Chang Q., Modulation and Effects of Surface Groups on Photoluminescence and Photocatalytic Activity of Carbon Dots, Nanoscale, 5, 11665-11671, 2013.
13. Li H., Liu R., Lian S., Liu Y., Huang H., Kang Z., Near-Infrared Light Controlled Photocatalytic Activity of Carbon Quantum Dots for Highly Selective Oxidation Reaction, Nanoscale, 5, 3289-3297, 2013.
14. Demchenko P., Dekaliuk M.O., Novel Fluorescent Carbonic Nanomaterials for Sensing and Imaging, Methods and Applications in Fluorescence, 1, 042001, 2013.
15. Zhang Y., Chung T.S., Graphene Oxide Membranes for Nanofiltration, Current opinion in chemical engineering, 16, 9-15, 2017.
16. Zheng A.-X., Cong Z.-X., Wang J.-R., Li J., Yang H.-H., Chen G.-N., Highlyefficient Peroxidase-Like Catalytic Activity of Graphene Dots for Biosensing, Biosensors and Bioelectronics, 49, 519-524, 2013.
17. Nurunnabi M., Khatun Z., Huh K.M., Park S.Y., Lee D.Y., Cho K.J., Lee Y.-K., In Vivo Biodistribution and Toxicology of Carboxylated Graphene Quantum Dots, ACS Nano., 7, 6858-6867, 2013.
18. Jiang Y., Biswas P., and Fortner J.D., A Review of Recent Developments in Graphene-Enabled Membranes for Water Treatment, Environmental Science: Water Research & Technology journal, 2, 915-922, 2016.
19. Guo C.X., Zhao D., Zhao Q., Wang P., Lu X., Na+-Functionalized Carbon Quantum Dots: A New Draw Solute in Forward Osmosis for Seawater Desalination, Chemical Communications, 50, 7318-7321, 2014.
20. Lin L., Zhang S., Creating High Yield Water Soluble Luminescent Graphene Quantum Dots via Exfoliating and Disintegrating Carbon Nanotubes and Graphite Flakes, Chemical Communications, 48, 10177-10179, 2012.
21. Dong Y., Zhou N., Lin X., Lin J., Chi Y., Chen G., Extraction of Electrochemiluminescent Oxidized Carbon Quantum Dots from Activated Carbon, Chemistry of Materials, 22, 5895-5899, 2010.
22. Sun Y.-P., Zhou B., Lin Y., Wang W., Fernando K.A.S., Pathak P., Meziani M.J., Harruff B.A., Wang X., Wang H., Luo P.G., Yang H., Kose M.E., Chen B., Veca L.M., Xie S.-Y., Quantum-Sized Carbon Dots for Bright and Colorful Photoluminescence, Journal of the American Chemical Society, 128, 7756-7757, 2006.
23. Zhou J., Booker C., Li R., Zhou X., Sham T.-K., Sun X., Ding Z., An Electrochemical to Blue Luminescent Nanocrystals from Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs), Journal of the American Chemical Society, 129, 744-745, 2007.
24. Bourlinos B., Stassinopoulos A., Anglos D., Zboril R., Karakassides M., Giannelis E.P., Surface Functionalized Carbogenic Quantum Dots, Small, 4, 455-458, 2008.
25. Li H.T., He X.D., Liu Y., Huang H., Lian S.Y., Lee S.-T., Kang Z.H., One-Step Ultrasonic Synthesis of Water-Soluble Carbon Nanoparticles with Excellent Photoluminescent Properties, Carbon, 49, 605-609, 2010.
26. Liu R., Wu D., Liu S., Koynov K., Knoll W., Li Q., An Aqueous Route to Multicolor Photoluminescent Carbon Dots Using Silica Spheres as Carriers, Angewandte Chemie International Edition, 121, 4668-4671, 2009.
27. Peng H., Travas-Sejdic J., Simple Aqueous Solution Route to Luminescent Carbogenic Dots from Carbohydrates, Chemistry of Materials, 21, 5563-5565, 2009.
28. Chowdhury D., Gogoi N., Majumdar G., Fluorescent Carbon Dots Obtained from Chitosan Gel, RSC Advances, 2, 12156-12159, 2012.
29. Liu R., Zhang J., Gao M., Li Z., Chen J., Wu D., Liu P., A Facile Microwavehydrothermal Approach towards Highly Photoluminescent Carbon Dots from Goose Feathers, RSC Advances, 5, 4428-4433, 2015.
30. Mehta V.N., Jha S., Kailasa S.K., One-Pot Green Synthesis of Carbon Dots by Using Saccharum Officinarum Juice for Fluorescent Imaging of Bacteria (Escherichia Coli) and Yeast (Saccharomyces Cerevisiae) Cells, Materials Science and Engineering C, 38, 20-27, 2014.
31. Sahu S., Behera B., Maiti T.K., Mohapatra S., Simple One-Step Synthesis of Highly Luminescent Carbon Dots from Orange Juice: Application as Excellent Bioimaging Agents, Chemical Communications, 48, 8835-8837, 2012.
32. Wang J., Wang C.-F., Chen S., Amphiphilic Egg-Derived Carbon Dots: Rapid Plasma Fabrication, Pyrolysis Process, and Multicolor Printing Patterns, Angewandte Chemie International Edition, 51, 9297-9301, 2012.
33. Yang Y.H., Cui J.H., Zheng M.T., Hu C.F., Tan S.Z., Xiao Y., Yang, Q., Liu, Y.L., One-Step Synthesis of Amino-Functionalized Fluorescent Carbon Nanoparticles by Hydrothermal Carbonization of Chitosan, Chemical Communications, 48, 380-382, 2012.
34. Zhou J.J., Sheng Z.H., Han H.Y., Zou M.Q., Li C., Facile Synthesis of Fluorescent Carbon Dots Using Watermelon Peels as A Carbon Source, Materials Letters, 66, 222-224, 2012.
35. Bi R., Zhang Q., Zhang R., Su Y., Jiang, Z., Thin Film Nanocomposite Membranes Incorporated with Graphene Quantum Dots for High Flux and Antifouling Property, Journal of Membrane Science, 553, 17-24, 2018.
36. Jafari A., Kebria M.R.S., Rahimpour A., Bakeri, G., Graphene Quantum Dots Modified Polyvinylidenefluride (PVDF) Nanofibrous Membranes with Enhanced Performance for Air Gap Membrane Distillation, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 126, 222-231, 2018.
37. Zhang C., Wei K., Zhang W., Bai Y., Sun Y., Gu J., Graphene Oxide Quantum Dots Incorporated into a Thin Film Nanocomposite Membrane with High Flux and Antifouling Properties for Low-Pressure Nanofiltration, ACS Applied Materials & Interfaces, 9, 11082-11094, 2017.
38. Zhao D.L., Das S., Chung T.S., Carbon Quantum Dots Grafted Antifouling Membranes for Osmotic Power Generation via Pressure-Retarded Osmosis Process, Environmental Science & Technology, 51, 14016-14023, 2017.
39. Fathizadeh M., Tien H.N., Khivantsev K., Song Z., Zhou F., Yu M., Polyamide/Nitrogen-Doped Graphene Oxide Quantum Dots (N-GOQD) Thin Film Nanocomposite Reverse Osmosis Membranes for High Flux Desalination, Desalination, 451, 125-132, 2017.
40. Yuan Z., Wu X., Jiang Y., Li Y., Huang J., Hao L., Zhang J., Carbon Dotsincorporated Composite Membrane towards Enhanced Organic Solvent Nanofiltration Performance, Journal of Membrane Science, 549, 1-11, 2018.
41. Gai W., Zhao D.L., Chung T.S., Novel Thin Film Composite Hollow Fiber Membranes Incorporated with Carbon Quantum Dots for Osmotic Power Generation, Journal of Membrane Science, 551, 94-102, 2018.
42. He Y., Zhao D.L., Chung T.S., Na+ Functionalized Carbon Quantum Dots Incorporated Thin-Film Nanocomposite Membranes for Selenium and Arsenic Removal, Journal of Membrane Science, 564, 483-491, 2018.
43. Song X., Zhou Q., Zhang T., Xu H., Wang Z., Pressure-Assisted Preparation of Graphene Oxide Quantum Dot-Incorporated Reverse Osmosis Membranes: Antifouling and Chlorine Resistance Potentials, Journal of Materials Chemistry A, 4, 16896-16905, 2016.
44. Ostuni E., Chapman R.G., Holmlin R.E., Takayama S., Whitesides G.M., A Survey of Structure-Property Relationships of Surfaces That Resist the Adsorption of Protein, Langmuir, 17, 5605-5620, 2001.
45. Jiang L.Y., Chung T.S., Cao C., Huang A., Kulprathipanja S., Fundamental Understanding of Nano-Sized Zeolite Distribution in the Formation of The Mixed Matrix Single- and Dual-Layer Asymmetric Hollow Fiber Membranes, Journal of Membrane Science, 252, 89-100, 2005.
46. Safaei B., Youssefi M., Rezaei B., Irannejad N., Synthesis and Properties of Photoluminescent Carbon Quantum Dot/Polyacrylonitrile Composite Nanofibers, Smart Science, 6, 117-124, 2017.
47. Colburn A., Wanninayake N., Kim D.Y., Bhattacharyya D., Cellulose-Graphene Quantum Dot Composite Membranes Using Ionic Liquid, Journal of Membrane Science, 556, 293-302, 2018.
48. Zeng Z., Yu D., He Z., Liu J., Xiao F.X., Zhang Y., Wang R., Bhattacharyya D., Tan T.T.Y., Graphene Oxide Quantum Dots Covalently Functionalized PVDF Membrane with Significantly-Enhanced Bactericidal and Antibiofouling Performances, Scientific Reports, 6, 20142-20152, 2016.
49. Chen F., Gao W., Qiu X., Zhang H., Liu L., Liao P., Fu W., Luo Y., Graphene Quantum Dots in Biomedical Applications: Recent Advances and Future Challenges, Frontiers in Laboratory Medicine, 1, 192-199, 2017.
50. Hui L., Huang J., Chen G., Zhu Y., Yang L., Antibacterial Property of Graphene Quantum Dots (Both Source Material and Bacterial Shape Matter), ACS Applied, 8, 20-25, 2016.
51. Zhou J., Wang J., Hou J., Zhang Y., Liu J., Bruggen Van der B., Graphenebased Antimicrobial Polymeric Membranes: A Review, Journal of Materials Chemistry A, 5, 6776-6793, 2017.
مروری بر کاربرد نقاط کوانتومی کربن (CQDs) در فناوریهای غشایی: مروری
ترجمه: فرزاد مهرجو11
1 گروه محیطزیست، دانشکده منابع طبیعی و محیطزیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.
چکیده
نقاط کوانتومی کربن (Carbon Quantum Dots)، که نیک کلاسوع جذابی از کربن‌های نانوساختار هستند، اخیراً توجه گسترده‌ای را در زمینه فناوریهای غشایی برای کاربردهایشان در فرآیندفرایندهای جداسازی به خود جلب کردهاند. این به این دلیلبه این دلیل است که آنها دو مزیت منحصر به فرد دارند. تولید آنها آسان و ارزان است، در حالی که خواص فیزیکوشیمیایی آنها مانند اندازههای بسیار کوچک، زیستسازگاری خوب، بیاثری شیمیایی بالا، آبدوستی قابل تنظیم، غنی از گروههای عملکردی سطحی و ویژگیهای ضدرسوب بسیار مطلوب هستند. محققان با استفاده از این موارد، کاربرد آنها را در طرح‌های مختلف غشاء برای اسمز معکوس (Reverse Osmosis)، اولترافیلتراسیون (Ultrafiltration)، نانوفیلتراسیون (Nonofiltration)، اسمز مستقیم (Forward Osmosis)، اسمز عقب مانده فشاری (Pressure Retarded Osmosis)، تقطیر غشایی (Membrane Distillation) و فرآیندفرایندهای نانوفیلتراسیون حلال آلی (Organic Solvent Nanofiltration) مورد بررسی قرار دادند. به طور خاص، CQDs به ویژه اکتشاف در زمینه تصفیه آب توسط فناوریهای غشایی را تحریک کردهاند، زیرا زیستسازگاری مواد غشایی برای اطمینان از ایمنی آب آشامیدنی از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر این، CQDs در موقعیت مطلوبی برای دستیابی به عملکرد بیسابقه فرآیندفرایندهای جداسازی غشایی در تصفیه آب، با توجه به افزایش کارایی قابل توجه و تمایل ضدرسوب، همانطور که در تحقیقهای اخیر کشف شده است، قرار دارند. در این مقاله، پیشرفت در توسعه غشاهای CQDs گنجانده شده را با بحث در موردو چالشها و دیدگاههای آنها موجود بررسی شده است.
واژههای کلیدی: نقاط کوانتومی کربن، نقاط کوانتومی گرافن اکسید، جداسازی غشایی، ضدرسوب
1 مقدمه
نقاط کوانتومی کربنی (CQDs)، که به عنوان نقاط کوانتومی گرافن/گرافن اکسید (Graphene Oxide Quantum Dots) و نقاط کربنی نیز شناخته می‌شوند، یک کلاسنوع نوظهوری از نانومواد کربنی با خواص منحصر به فرد مختلف هستند. همانطور که در شکل 1 (الف) نشان داده شده است، آنها معمولاً نانوذرات شبهکروی با هستههای بیشکل تا نانوبلوری هستند که قطرهایی در محدوده 3 الی 20 نانومتر دارند ]3-1[. آنها برای اولین بار در خلال خالصسازی نانولولههای کربنی تکجداره (Single-Walled Carbon Nanotubes) در سال 2004 یافت شدند ]4[. CQDs حاوی مقادیر قابل توجهی گروههای اپوکسی، هیدروکسیل و کربوکسیل در سطوح و صفحات پایه خود هستند و محتوای اکسیژن از 5 تا 50 درصد وزن بستگی به مسیر سنتز متغیر است ]3[. این گروهها روی سطح به اطمینان از حلالیت عالی در آب کمک میکنند و تواناییهای همه کاره را برای عملکردسازی بیشتر و غیرفعال شدن سطح فراهم میکنند. از زمان کشف CQDs در سال 2004، تعداد انتشارات مرتبط در مورد سنتز، خواص و کاربردهای آنها هر سال به طور تصاعدی افزایش یافته، همانطور که در شکل 1 (ب) نشان داده شده است. به دلیل ماهیت خوشخیم، فراوان و ارزان و خواص نوری وابسته به اندازه، CQDs به عنوان مواد نانوکربنی جدید در زمینههای مختلف مانند سنجش شیمیایی، تصویربرداری زیستی/حسگر زیستی، فتوکاتالیست و الکتروکاتالیز شهرت فزایندهای پیدا کردهاند ]10-2،5[. به طور خاص، ویژگیهای نوری و فلورسانس آنها، کاربردهای آنها را در حسگر زیستی و تصویربرداری زیستی برای جایگزینی نقاط کوانتومی نیمه‌رسانای معمولی، که به دلیل استفاده از فلزات سنگین در طول تولیدشان دارای سمیت بالایی هستند، ممکن می‌سازد. یکی دیگر از کاربردهای جالب CQDs به عنوان تشخیص فلزات سنگین مانند Hg2+ با مشاهده تفاوت شدت فلورسانس CQDs در سنجش شیمیایی است ]11[. علاوهبر این، قابلیت‌های CQDs در برداشت نور با طول موج بلند و تبادل انرژی با گونه‌های محلول به آنها امکان عمل به عنوان فتوکاتالیست در سنتزهای آلی را میدهد ]12،13[.
شکل 1 (الف) ساختار شیمیایی CQDs و (ب) تعداد انتشارات مرتبط با CQDs از سال 2004 ]14[.
در مقایسه با نانوفیلرهای نانوپرکننده‌های کروی، لوله‌ای و ورقه‌ای، CQDs نوعی نانومواد صفر بعدی (0 D) در خانواده گرافن هستند. به عنواناز لحاظ ساختاری متشکل از چند لایه GO، CQDs در عین داشتن ویژگیهای منحصر به فرد خود، مطلوبترین ویژگیهای GO را به اشتراک میگذارند ]15[. متفاوت ازبرخلاف نانوصفحات GO انبوه، CQDs خواص الکترونیکی و نوری متمایز 0 D را به دلیل اثرات لبه بزرگ و محصور شدن کوانتومی از خود نشان می‌دهند که منجر به فعالیتهای شبه پراکسیداز بهتری نسبت به نانوصفحات GO میشود ]16[. علاوهبر این، طبق بر اساس یک مطالعه طولانی مدت درونتنی (In vivo) از تحقیقات قبلی، CQDs 0 D نیز سمیت سلولی کمتری نسبت به ورقههای GO با اندازه میکرومتر نشان دادند ]17[. در زمینه تحقیقات غشایی، تکه‌های GO در پلیمرها برای تشکیل غشاهای ماتریس مخلوط مختلف گنجانده شدهاند، اما به ندرت به شکل غشاهای نانوکامپوزیت لایه نازک (Thin Film Nanocomposite) از طریق پلیمریزاسیون پلیمری‌شدن سطحی ]16[. این موضوع از این واقعیت ناشی میشود که ضخامت ورقههای GO معمولاً از نانومتر تا چند میکرومتر متغیر است. پیچیده کردن آنها در یک شبکه پلیمری و تشکیل یک لایه انتخابی بدون نقص دشوار است، زیرا لایههای نازک ساخته شده از پلیمریزاسیون پلیمری‌شدن سطحی دارای ضخامت 2/0 الی 1 میکرومتر هستند. علاوهبر این، نمیتوان از تجمع GO به طور کامل جلوگیری کرد. بنابراین، عیوب مرزی غیرانتخابی به راحتی بین صفحات GO و پلیمر میزبان ایجاد میشود ]18[.
خواص مطلوب CQDs مانند اندازههای نانومقیاس، شیمی غنی و خواص ضدرسوب، پتانسیل توانایی آنها را برای ساخت مواد کامپوزیتی چند منظوره نشان میدهد. علاوهبر این، اندازه، شکل و شیمی سطحی خاص، آنها به آنها اجازه میدهد تا به خوبی در حلال‌های قطبی (مانند آب، اتیلن گلیکول (Ethylene Glycol) و Nمتیل-2-پیرولیدون (Nmethyl-2-pyrrolidone)) و ماتریس‌های پلیمری پراکنده شوند، که ویژگیهای ضروری برای کاربردهای آنها در تشکیل و جداسازی غشاء هستند. بنابراین، ساخت غشاهای اصلاح شده با CQDs برای به حداکثر رساندن خواص غشاء با عملکرد قابل توجهی بهبود یافته به روش‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته‌اند. به غیر از اصلاح غشاء، CQDs همچنین در فرآیندفرایند اسمز مستقیم به عنوان املاح جذب به کار گرفته شدهاند و بالاترین شار آب گزارش شده را برای نمکزدایی آب دریا را به دست آوردهاند ]19[.
اگرچه در چند سال گذشته، پیشرفت‌ها در سنتز، خواص و کاربردهای CQDs در سایر زمینه‌ها به طور جامع بررسی شده است، اما پیشرفت آنها در فناوریهای غشایی هنوز بررسی نشده است. بنابراین، هدف از این مقاله (1) بررسی وضعیت غشاهای اصلاح‌شده با CQDs برای کاربردهای مختلف و (2) توضیح چالشها و آینده GQDs برای فناوریهای غشایی میباشداست.
2 سنتز CQDs
از زمان کشف CQDs در سال 2004، محققان بسیاری از مسیرهای ساده و کم هزینه برای سنتز CQDs با ساختار، اندازه و عملکرد دلخواه برای کاربردهای انتخابی ایجاد کردهاند. به طور کلی، رویکردهای سنتز برای CQDs را میتوان به دو دسته «بالا به پایین» و «پایین به بالا» طبقهبندی کرد ]2[. روش "«بالا به پایین" » شامل شکستن قطعات بزرگ‌تر ساختارهای کربنی مانند گرافیت، نانولولههای کربنی و کربن فعال با شیوههایی مانند فرسایش لیزری، اکسیداسیون اکسایش الکتروشیمیایی و تخلیه قوس میباشد است ]23-6،20[. اولین نمونه از CQDs فلورسنت زمانی پیدا شد که ژو و همکارانش در حال تصفیه SWCNTs تولید شده از فرآیندفرایند اکسیداسیون اکسایش بین دوده تخلیه شده با قوس و اسید نیتریک بودند ]4[.
با این وجود، سنتز CQDs از با روش "«بالا به پایین" » معمولاً به پیشسازهای پرهزینه، تنظیمات ابزار پیچیده و فرآیندفرایندهای پیچیده نیاز دارد. در مقابل، از طریق رویکردهای "«پایین به بالا"، »، محققان میتوانند CQDs را به صورت عمده از پیشسازهای ارزانتر و با مجموعههای آزمایشی رایجتر تولید کنند. روش "«پایین به بالا" » CQDs را از پیشسازهای مولکولی مانند سیترات، کربوهیدراتها و نانوکامپوزیتهای پلیمر-سیلیکا از طریق روشهایی مانند عملیات هیدروترمال/سولوترمال/ احتراق و تابش امواج مایکروویو تولید کردند ]27-24[. اخیراً تلاش‌های زیادی برای استفاده از مواد سبز به عنوان پیش‌سازها، مانند کیتوسان، پوست هندوانه، آب پرتقال/نیشکر، تخممرغ و پر غاز صورت گرفته است ]34-28[. قطعات CQDs سنتز شده را میتوان خالص کرد و اندازه کنترل شده‌ای را از طریق تصفیه، دیالیز، سانتریفیوژ، کروماتوگرافی سوانگاری ستونی و ژل