碳量子点是纳米材料领域一种备受关注的发光材料,由于合成方法多种多样,碳量子点结构多样,特别很多具有晶体结构的碳纳米点与常规报道的很多石墨结构不同,且未被进行详细的研究,在其中可能存在很多未被发现的新型碳结构。在本文中,通过柠檬酸为碳源,水热条件下合成的碳量子点具有一种面心立方(fcc)的碳结构,且具有良好的结晶性,尺寸在5nm内,平均尺寸为2.8nm。这种碳结构主要由sp3碳为主的C-C键构成,表面含氧官能团使碳量子点存在少量的sp2碳,碳量子点在水溶液中表现出微弱的荧光特性,荧光量子产率低于1%;但通过N掺杂的方法,我们得到了与这种碳量子点具有相同核心结构的高效荧光特性的氮掺杂碳量子点(荧光量子产率高于40%)。氮掺杂碳量子点是由简单的溶剂热法制备的,具有面心立方结构(FCC)核心,荧光颜色范围从橙色到红色,且其发光机制与其面心立方核心结构相关。EELS结果显示sp2N原子(弱键合或非键合氮原子)与核心或核心与表面之间的界面处的fcc碳骨架的周围碳原子形成共轭sp2-结构,这种结构会影响带隙结构并导致长波长发射。随着sp2N原子含量的增加,CQDs发射波长显示红移。石墨烯通过层间的堆垛可以获得可随外电场调控的半导体的带隙,不同的堆垛方式会给其带来不同的性质,通过改变石墨烯层间的旋转角可以得到性能各异的转角石墨烯。本文中,以石墨烯量子点(利用其结构特征)为原料,制备的碳纳米材料具有转角石墨烯的特征。80kV的球差透射电子显微镜表征结果显示,这种碳纳米材料具备大量纳米级的孔隙结构,并且其结构主要由几层小片层石墨烯以随机旋转角堆垛而成,并具有特征性的超晶格结构(Moir6pattern)。孔隙边缘展现出典型的石墨烯的边缘特征。对样品HRTEM照片的快速傅里叶变换(FFT)分析,区分出了每种不同取向的石墨烯层。结果显示这种堆垛方式的Moirepattern来源于两种方式:一种是石墨烯片层间的旋转堆垛,这种旋转堆垛可以是多层的石墨烯的旋转堆垛形成复杂的Moirepattern;另一种是同一层的石墨烯片层通过自身’翻折’,并在电子显微镜下原位观察到了这种’翻折’现象。这种翻折现象多存在于样品边缘,主要由单层的石墨烯自身发生折叠形成两层厚的上下具有任意旋转角的石墨烯层。不同的Moirepattern中的层间相对旋转角统计结果表明:这种碳纳米材料中,石墨烯片层间相对旋转角是随机的,并不存在规律性。纳米级别的区域型超晶格结构(Moire pattern)和孔隙结构带来大量的结构上的缺陷,不同层间的随机旋转角意味着碳材料具有多种不同的带隙结构,以及与其堆垛方式相应的各种各样的光电性质和化学催化性能等。