碳點（Carbon Dots，CDs）作為一類新興的零維碳基納米材料，自發(fā)現(xiàn)以來便因其可調(diào)控的光致發(fā)光性能、低毒性、生物相容性優(yōu)異以及原料來源豐富等優(yōu)勢，迅速成為納米材料與功能材料領(lǐng)域的研究熱點。近年來，碳點的研究已從最初的熒光標記逐步拓展至光電器件、生物成像、化學(xué)與生物傳感、信息防偽以及能源與環(huán)境催化等多個重要方向，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，盡管碳點研究取得了大量進展，其發(fā)展仍面臨若干核心科學(xué)問題與技術(shù)瓶頸：例如碳點的精確定義與分類尚存爭議，其形成機制、微觀結(jié)構(gòu)與發(fā)光機理仍未完全厘清，不同合成路線下碳點結(jié)構(gòu)高度不均一，限制了其光學(xué)與電子性質(zhì)的可控調(diào)節(jié)與規(guī)?；瘧?yīng)用。因此，系統(tǒng)梳理碳點領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、關(guān)鍵突破與未來挑戰(zhàn)，對于推動該領(lǐng)域從“現(xiàn)象驅(qū)動”走向“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—功能理性設(shè)計”具有重要意義。

近期，受Science China Chemistry期刊委托，多位長期深耕碳點與碳基功能材料研究的學(xué)者：吉林大學(xué)楊柏教授、鄭州大學(xué)盧思宇教授、北京師范大學(xué)范樓珍教授、北京工業(yè)大學(xué)孫再成教授、蘇州大學(xué)康振輝教授、澳門大學(xué)曲松楠教授、復(fù)旦大學(xué)熊煥明教授、江南大學(xué)林恒偉教授、中南大學(xué)侯紅帥教授、安徽大學(xué)畢紅教授、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所葛介超教授、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)莊建樂教授、北京工業(yè)大學(xué)李鵬飛教授、安慶師范大學(xué)王柏揚博士、鄭州大學(xué)楊鑫博士等合作撰寫了題為“Carbon Dots: From Fundamentals to Frontier Applications”的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了近二十年來碳點領(lǐng)域的代表性研究進展，對碳點的合成方法、結(jié)構(gòu)特征、光學(xué)與電子性質(zhì)調(diào)控機理以及前沿應(yīng)用進行了全面而深入的評述。

在該綜述中，作者首先回顧了碳點的發(fā)展歷程與研究背景，重點梳理了不同合成策略（如自上而下法與自下而上法）對碳點尺寸、表面化學(xué)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，系統(tǒng)比較了水熱/溶劑熱、微波、熱解、電化學(xué)等方法在碳點可控合成中的優(yōu)缺點。隨后，文章圍繞碳點最受關(guān)注的發(fā)光行為，深入討論了其光致發(fā)光機制，包括量子限域效應(yīng)、表面態(tài)發(fā)光、分子態(tài)發(fā)光以及雜原子摻雜與表面官能化對能級結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，為理解不同類型碳點的發(fā)光本質(zhì)提供了統(tǒng)一的分析框架。

在應(yīng)用層面，綜述重點總結(jié)了碳點在生物成像與生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)與生物傳感、光電與顯示器件、信息防偽以及能源與環(huán)境催化等方向的最新進展。例如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，碳點憑借其優(yōu)異的水溶性與生物相容性，被廣泛用于多模態(tài)成像與診療一體化研究；在光電器件與信息防偽領(lǐng)域，碳點可實現(xiàn)高色純度、多通道發(fā)光與刺激響應(yīng)，為新一代智能光電材料提供了重要候選；在能源與環(huán)境領(lǐng)域，碳點在光/電催化反應(yīng)中展現(xiàn)出獨特的界面調(diào)控能力與反應(yīng)活性。

在此基礎(chǔ)上，作者進一步總結(jié)了碳點領(lǐng)域當(dāng)前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向。文章指出，實現(xiàn)碳點結(jié)構(gòu)的高度均一性與可規(guī)模化綠色制備，是推動其實際應(yīng)用的前提；建立普適的“結(jié)構(gòu)—光/電性質(zhì)”關(guān)聯(lián)模型，是實現(xiàn)性能可預(yù)測與可設(shè)計的核心科學(xué)問題；同時，在復(fù)雜環(huán)境中保持碳點性能穩(wěn)定性，并實現(xiàn)多功能協(xié)同，仍需要跨學(xué)科的深度合作與持續(xù)投入。

綜述最后強調(diào)，隨著對碳點原子級結(jié)構(gòu)與發(fā)光機制認識的不斷加深，以及合成與器件工程技術(shù)的持續(xù)進步，碳點有望從實驗室研究逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用，在綠色能源、智能材料與生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。本綜述為碳點研究提供了系統(tǒng)性的參考與前瞻性的思考，對推動該領(lǐng)域的長期健康發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

詳見：Haoqiang Song+, Yi Ru+, Jingkun Yu+, Songyuan Tao+, Yan Li+, Huaxin Liu+, Yu Liu+, Huiqi Zhang+, Han Wu, Yaojia Cheng, Wenjuan Xiang, Qi Liang, Mingjun Nie, Yingying, Shurong Ding, Jiping Xiao, Yu-Xuan Ji, Xin Yang*, Jianle Zhuang*, Boyang Wang*, Pengfei Li*, Jiechao Ge*, Hong Bi*, Hongshuai Hou*, Hengwei Lin*, Huan-Ming Xiong*, Songnan Qu*, Zhenhui Kang*, Zaicheng Sun*, Louzhen Fan*, Bai Yang*, and Siyu Lu*. Carbon Dots: From Fundamentals to Frontier Applications, Sci. China Chem., 2025, doi: 10.1007/s11426-025-3195-y

來源：中國科學(xué)化學(xué)