碳点(Carbon dot,CD)是目前最热门的碳纳米材料之一,通常被认为是由包含有羧基等官能团以及内部的碳核构成。比起传统的半导体量子点,可以通过简单的修饰,从而使碳点具有良好的水溶性、化学惰性、高的抗光漂白性、更好的生物相容性以及较低的毒性。Xu等人于2004年偶然通过对单层纳米管的纯化而发现碳点,此后,这种荧光纳米材料就受到了广泛的关注。由于半导体量子点(Semiconductor quantum dot)荧光强度高,且发射特性可调节,多年来被广泛研究,其在生物传感和生物成像等方面的应用受到广泛关注。但是,半导体量子点具有高毒性等缺点,使其在临床医学的应用受到了限制,这使得碳点可能取代半导体量子点成为新一代荧光材料。近年来,通过调控核的大小以及碳点的表面化学性质,使碳点的化学合成有了很大的改进;通过改变合成材料、合成手段以及后续的处理过程,碳点的量子产率已经有了显著的提高。尽管关于碳点光致发光性质的研究已经进行了很多年,但是其光致发光机理仍然存在争议。作为碳点中重要的部分,碳核在碳点的光致发光过程中显然扮演着很重要的角色,但是关于碳核对于光致发光的影响以及核与荧光基团之间的关系仍然未研究清楚。在本研究中,我们通过测量具有不同尺寸碳核的碳点的时间相关荧光各向异性,研究计算得到的荧光转动中心的大小随碳核尺寸的改变而发生的变化,从而来确定碳核与碳点中荧光基团的关系。我们使用柠檬酸和尿素作为反应物,利用一步微波法合成实验中所需的碳点样品,通过调控合成过程中的碳化时间来控制合成的碳核大小,并分别利用透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)以及荧光各向异性来测量样品的碳核大小和转动弛豫时间(Rotational correlation time,RCT)。溶液中荧光分子的布朗运动导致了各向异性衰减,根据测量得到的弛豫时间,可以计算出相应转动单元的尺寸。对于所制备的碳点,由荧光各向异性衰减计算得出的转动单元的尺寸约为0.9 nm,远小于碳点本身的尺寸(最小约为4 nm),而且转动单元的尺寸不随碳核尺寸的变化发生改变。从上述结果可以合理推断,碳点中荧光分子的运动不受碳核的影响,具有独立运动的存在形式。这种独特的关系,说明碳核与荧光分子之间可能存在一种相对较弱的连接,使得荧光分子既不是与碳核紧密连接,也不以游离状态存在于溶剂中。我们的研究结果对碳核与荧光分子之间的关系有了进一步的理解,并有助于了解其对碳点光致发光的影响,同时也提供了一种能够对碳点的发光成分进行区分的方法。