技术领域

本发明涉及一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 的制备及其应用领域， 具体来讲， 涉及 一种杂原子掺杂的多功能碳量子点的制备及其 在生物医学、 催化剂和光电器件等领域的应 用。

背景技术

碳元素是地球上所有已知生命的基础.由于其� �有多样的电子轨道特性 ( _S pl、sp2、sp3)， 因此形成许多结构和性质奇特的物质. 碳量子点是 2004年发现的一种新型碳材料， 相对 于传统的半导体量子点和有机染料， 这位碳家族中的新成员不仅保持了碳材料毒性 小、 生 物相容性好等优点， 而且还拥有发光范围可调、 双光子吸收截面大、 光稳定性好、 无光闪 烁、 易于功能化、 价廉、 易大规模合成等无可比拟的优势， 有望在光电子器件、 纳米催化 剂、生物医学等技术领域显示其广阔的应用前 景 [Angew. Chem. Int. Ed, 2010, 49, 6726-6244; Chem. Comm. 2012,48.3686-3705； J. Mater. Chem., 2012,22, 24230-24253； Energy Environ. Sci., 2012, 5, 8869 - 8890] 迄今为止， 虽然在碳量子点的制备及其在生物医学、 纳米催化 和光电子器件等方面的研究取得了较快的进展 ， 但是碳量子点的本征发光波长短、 本身催 化性能弱、 光电转换效率低等不足， 制约了碳量子点无法在实际应用领域得到推广 。 因而 需要进一步改进制备和表面修饰方法， 继续探索研究碳量子点尤其是杂原子掺杂的碳 量子 点的表面光电性能。 据报道， 杂原子掺杂的碳量子点可以有效地调节量子点 的特性包括电 子性能和表面化学性质 [Energy Environ. Sci., 2012, 5, 8869 - 8890]。 而目前有关杂原子掺杂 的碳量子点的制备及应用研究还不多见， 且掺杂的杂原子多集中在氮原子和氧原子上 [J. Mater. Chem., 2012, 22, 16714 - 16718， Carbon, 2011, 49, 5207 - 5212]。 因此， 探索基于 N、 S、 Si、 Se、 P、 As、 Ge、 Gd、 B、 Sb、 Te等杂原子掺杂的碳量子点的制备及其应用研� ��有 望打破制约碳量子点实际应用的瓶颈， 对人类健康、 国民经济和科学研究都具有及其重要 的意义。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点制备方法。 本发明要解决的第二个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为新型 光催化剂在降解有机污染物中的应用。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为新型 光催化剂在裂解水制备氢气中的应用。 本发明要解决的第四个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为新型 电子受体 /给体材料在构建有机聚合物太阳能电池中的� �用。

本发明要解决的第五个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为新型 光敏剂在构建量子点敏化太阳能电池中的应用 。

本发明要解决的第六个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为作为 新型光敏剂在在体外成像标记及光动力学治疗 中的应用。

本发明要解决的第七个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为作为 新型光敏剂在在体内成像标记及光动力学治疗 中的应用。

本发明要解决的第八个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为作为 新型光敏剂体外靶向成像标记及靶向光动力学 治疗中的应用。

本发明要解决的第九个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为作为 新型光敏剂在体内靶向成像标记及靶向光动力 学治疗中的应用。

本发明要解决的第十个技术问题是提供一种杂 原子掺杂的多功能碳量子点作为新型 光敏剂在抗微生物材料上的应用。

为解决上述第一个技术问题， 本发明一种杂原子掺杂的多功能碳量子点制备 方法， 包 括如下步骤：

1)向共轭聚合物中加入 0.01〜1000倍共轭聚合物质量、 0〜1M的酸或碱的水溶液，混 合均匀， 得到反应液；

2)将反应液加热到 100°C〜500°C， 反应 1〜48小时；

3)反应完后自然冷却， 收集反应液， 分离提纯， 得到杂原子掺杂的多功能碳量子点。 优选地， 所述共轭聚合物选自具有以下结构式的共轭聚 合物中的一种或多种:

式中：

结构式 PT中， m、 n和！^为 0〜10000的自然数， m、 n和 k不同时为 0; 结构式 PPV、 PF、 PPP、 PE中， n为 1〜10000的自然数； 其中： An为呋喃， 噻吩， 硒吩， 吡咯， 吡啶， 苯， 萘， 蒽， 芘， 吲哚， 香豆素， 荧 光素， 咔唑， 罗丹明， 氰基染料， 芴或喹啉；

其中： X， Y， Q, E， F, 分别或同时独立的为 0、 N、 S、 Si、 Se、 P、 As、 Ge、 Gd、 B、 Sb、 Te、 N-R5或 Si-R6R7 ;

其中： Z， G， Rl， R2， R3， R4， R5， R6， R7， R8， R9， RIO , Rll， R12， R13 , R14， R15分别或者同时独立为氢原子、 1〜18个碳的烷基、 羟基、 巯基、 羧基、 氨基、 酰 胺、 酸酐、 氰基、 烯基、 块基、 芳基、 酯基、 醚基、 季铵盐、 磺酸盐、 磷酸盐或聚乙二醇 基。

优选地， 步骤 1 ) 中， 所述酸选自下列酸中的一种或多种： 盐酸、 次氯酸、 高氯酸、 氢溴酸、 次溴酸、 高溴酸、 碘酸、 次碘酸、 高碘酸、 氢氟酸、 硼酸、 硝酸、 亚硝酸、 醋酸、 柠檬酸、 硫酸、 次硫酸、 碳酸、 磷酸、 焦磷酸、 次磷酸。

优选地， 步骤 1 ) 中， 所述碱选自下列碱中的一种或多种： 碱金属氢氧化物、 碱土金 属氢氧化物、 磷酸盐、 磷酸一氢盐、 磷酸二氢盐、 氨水。

优选地， 步骤 2)中， 所述反应液加热是在油浴加热、 微波反应器、 超声波反应器或水 热反应釜中进行。

优选地， 步骤 2) 中， 反应温度 120°C〜500°C ,反应时间为 5〜48小时。

为解决上述第二个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为光催 化剂在降解有机污染物中的应用， 包括如下步骤： 将浓度为 5〜1000mg/mL的杂原子掺杂 的多功能碳量子点溶液 2mL和有机污染物按照体积比 1 : 10〜50混合均匀，搅拌 1〜5个小 时， 然后用氙灯光照， 波长为 400〜800nm照射， 能量为 300〜1500 mW/cm2。 优选地， 所述有机污染物包括甲醛、 甲醛同系物、 乙醛、 乙醛同系物、 苯、 苯同系物 或残留在工业废水中的有机染料。

优选地， 所述有机染料包括罗丹明 B、 甲基橙或亚甲基蓝。

为解决上述第三个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为新型 光催化剂在裂解水制备氢气中的应用， 包括如下步骤： 将杂原子掺杂的水溶性碳量子点 10〜1000 mg扩散到 100 mL含有 10 wt %牺牲试剂水中， 将混合溶液转移到容器中， 通入 高纯氮气； 然后， 用氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 200〜2000 mW/cm2,时 间为 180分钟。

优选地， 所述的牺牲试剂为三乙醇胺、 甲醇、 亚硫酸钠、 硫化钠、 碘化钾、 乙二胺四 乙酸钠、 乳酸、 硝酸银等。

为解决上述第四个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为电子 受 /给体材料在构建有机聚合物太阳能电池中的� �用， 包括如下步骤： 将导电聚合物聚乙撑 二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐按照重量比 1 : 5〜50 混合后， 旋涂在氧化铟锡透明玻璃上作 为空穴传输辅助层； 将有机聚合物和杂原子掺杂的碳量子点按照重 量比 2〜50： 1 溶解在 氯苯溶液中旋涂到空穴传输辅助层上用作有源 层， 用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退 火 10 分钟后， 制成了杂原子掺杂的碳量子点作为新型电子受 体材料构建的有机聚合物太 阳能电池。

优选地， 所述有机聚合物包括 3-己基噻吩、 3-己基噻吩衍生物、 聚对苯亚乙烯、 聚对 苯亚乙烯衍生物、 聚乙块、 聚乙块衍生物、、 聚 [2,3-双- ( 3-辛烷氧基苯基） 喹喔啉 -5,8-二 基 -交替 -噻吩 -2,5-二基]、 聚 [2,3-双- ( 3-辛烷氧基苯基） 喹喔啉 -5,8-二基 -交替 -噻吩 -2,5-二 基]衍生物或富勒烯； 优选地， 所述富勒烯包括 C60PCBM、 C60PCBM衍生物、 C70PCBM、 C70PCBM等富勒烯衍生物。

为解决上述第五个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为新型 光敏剂在构建量子点敏化太阳能电池中的应用 ， 包括如下步骤： 将二氧化钛或氧化锌、 聚 乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到 表面清洁的 FTO导电玻璃上， 升温到 500°C除去薄膜内部的有机物； 将加热除去有机物 的导电玻璃作为电极， 浸入 2〜200 mg/mL杂原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温避光 条件下浸泡 48小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池； 在电池中滴加电 解液完成整个电池， 构成碳量子点敏化太阳能电池。

优选地， 所述的二氧化钛、 氧化锌为纳米粒子、 纳米球 /空心球、 纳米棒、 纳米线、 纳 米管、 纳米线 /棒 /管阵列等纳米结构。

为解决上述第六个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为新型 光敏剂体外成像标记及光动力学治疗中的应用 。优选地， 包括如下步骤： 在无光照条件下， 取权利要求 1-6中任一方法制得的浓度为 5〜200 ug/mL、 体积为 10〜2000uL的杂原子掺 杂的多功能碳量子点和癌细胞在细胞培养液中 孵育 2〜24小时， 然后用磷酸盐缓冲溶液洗 涤两次，在共聚焦显微镜下观察细胞成像标记 效果；用波长为 400〜800 nm，光强度为 50〜 1000 mW/cm2可见光或激光照射癌细胞 10〜20分钟， 治疗。

优选地， 所述癌细胞包括淋巴瘤、 黑色素瘤、 肾癌、 皮肤癌、 肺癌、 颈癌、 骨癌、 前 列腺癌、 结肠癌、 子宫颈癌、 乳癌、 脑癌、 肝癌、 胰腺癌、 喉癌、 甲状腺癌、 膀胱癌、 舌 癌或食道癌不同组织的癌细胞。

为解决上述第七个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为作为 新型光敏剂在体内成像标记及光动力学治疗中 的应用。 优选地， 包括如下步骤将权利要求 1-6中任一方法制得的浓度为 0.01〜10 mg/mL、体积为 10〜2000uL的杂原子掺杂的多功能 碳量子点采用皮下注射的方式注入到肿瘤中， 用活体成像系统采集体内成像标记效果； 用 波长为 400〜800 nm， 光强度为 50〜1000 mW/cm2的可见光或激光照射肿瘤处 10〜20分 钟， 治疗。

优选地， 所述的肿瘤为实体瘤和 /或转移瘤。

优选地， 所述实体瘤和 /或转移瘤， 包括淋巴瘤、 黑色素瘤、 肾癌、 皮肤癌、 肺癌、 颈 癌、 骨癌、 前列腺癌、 结肠癌、 子宫颈癌、 乳癌、 脑癌、 肝癌、 胰腺癌、 喉癌、 甲状腺癌、 膀胱癌、 舌癌或食道癌不同组织的肿瘤。

为解决上述第八个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为作为 新型光敏剂在体外靶向成像标记及靶向光动力 学治疗中的应用。 优选地， 包括如下步骤： 将权利要求 1-6中任一方法制得的浓度为 5〜200 ug/mL、 体积为 10〜2000uL的杂原子掺 杂的多功能碳量子点中和能够特异性识别癌细 胞的靶向分子偶联后 （Greg T. Hermanson; Bioconjugate Techniques, 1996 by Academic Press Limited), 在无光照条件下， 与癌细胞在细 胞培养液中孵育 2〜24小时， 然后用磷酸盐缓冲溶液洗涤两次， 在共聚焦显微镜下观察不 同细胞成像标记效果； 用波长为 400〜800 nm， 光强度为 50〜1000 mW/cm2可见光或激光 照射癌细胞 10〜20分钟， 治疗。

优选地， 所述癌细胞包括淋巴瘤、 黑色素瘤、 肾癌、 皮肤癌、 肺癌、 颈癌、 骨癌、 前 列腺癌、 结肠癌、 子宫颈癌、 乳癌、 脑癌、 肝癌、 胰腺癌、 喉癌、 甲状腺癌、 膀胱癌、 舌 癌或食道癌不同组织的癌细胞。

优选地， 所述靶向分子包括叶酸、 抗体、 多肽和核酸适体等

为解决上述第九个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为作为 新型光敏剂在体内靶向成像标记及靶向光动力 学治疗中的应用。 优选地， 将权利要求 1-6 中任一方法制得的浓度为 0.01〜10 mg/mL、 体积为 10〜2000uL的杂原子掺杂的多功能碳 量子点和能够特异性识别癌细胞的靶向分子偶 联后 （Greg T. Hermanson; Bioconjugate Techniques, 1996 by Academic Press Limited), 采用静脉注射的方式注入体内， 观察到量子 点聚集在肿瘤表面时， 用波长为 400〜800 nm、光强度为 50〜1000 mW/cm2的可见光或激 光照射 10〜20分钟； 治疗。

优选地， 所述的肿瘤为实体瘤和 /或转移瘤。

优选地， 所述实体瘤和 /或转移瘤， 包括淋巴瘤、 黑色素瘤、 肾癌、 皮肤癌、 肺癌、 颈 癌、 骨癌、 前列腺癌、 结肠癌、 子宫颈癌、 乳癌、 脑癌、 肝癌、 胰腺癌、 喉癌、 甲状腺癌、 膀胱癌、 舌癌或食道癌等不同组织的肿瘤。

优选地， 所述靶向分子包括叶酸、 抗体、 多肽或核酸适体。

为解决上述第十个技术问题， 本发明提供一种杂原子掺杂的多功能碳量子点 作为新型 光敏剂在抗微生物材料上的应用。 优选地， 抗微生物时： 杂原子掺杂的多功能碳量子点溶 液的有效浓度为 0.01〜5mg/mL;采用波长为 400〜800nm的激光或模拟太阳光照射 10〜20 分钟， 光强度为 50〜1000 mW/cm2。

优选地， 所述微生物是指细菌、 真菌或病毒。

优选地， 所述的细菌是指按照细菌形状分类的杆状、 球形或螺旋状的各类细菌。

优选地， 所述的真菌是指霉菌、 酵母菌、 啤酒母菌、 红曲霉素、 假丝酵母、 白色念珠 菌、 黄曲霉、 白地霉或抗生菌等各类真菌。

优选地， 所述的病毒是指按照寄主类型分类的噬菌体 （细菌病毒）、 植物病毒 （如烟 草花叶病毒）、 动物病毒（如禽流感病毒、 天花病毒、 HIV、 甲型肝炎病毒、 乙型肝炎病毒、 呼吸道病毒、 肠道病毒、 风疹病毒等）。

本发明具有如下有益效果：

1 ) 本发明合成的杂原子掺杂的多功能碳量子点是 以共轭聚合物为前驱物经过高温碳 化过程制备得到的， 通过改变共轭聚合物的结构， 可以得到含有 N、 S、 Si、 Se、 P、 As、 Ge、 Gd、 B、 Sb、 Te等杂原子中的一种或几种的碳量子点， 且表面带有不同官能团（铵盐、 羧基、 氨基、 醛基、 巯基等）、 易修饰； 2) 本发明合成的杂原子掺杂的多功能碳量子点， 吸收光谱宽 （300〜850 nm)、 发光 可调 （350〜1000 nm)， 可用于体内和体外成像标记。

3 ) 本发明制备的杂原子掺杂的多功能碳量子点， 在无光照条件下， 基本上没有细胞 毒性； 在光照条件下， 产生活性氧的量子产率高达 40%〜200%, 能高效地杀死肿瘤细胞， 可用于体内和体外光动力学治疗 /靶向治疗； 同时也可以用作抗菌剂灭菌杀毒。

4)本发明制备的杂原子掺杂的多功能碳量子点� ��模拟太阳光（400〜800nm)照射下， 可作为新型高效光催化降解有机污染物和光催 化裂解水制备氢气；

5 ) 本发明制备的杂原子掺杂的多功能碳量子点可 用于构建有机聚合物太阳能电池和 量子点敏化太阳能电池， 光电转换效率高， 均可达 5%以上。

附图说明

图 la为本发明所合成的绿色荧光碳量子点的吸收� ��谱和荧光光谱；

图 lb为本发明所合成的黄色荧光碳量子点的吸收� ��谱和荧光光谱；

图 lc为本发明所合成的红色荧光碳量子点的吸收� ��谱和荧光光谱；

图 Id为本发明所合成的近红外荧光碳量子点的吸� ��光谱和荧光光谱；

图 2为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点的� �射电镜图；

图 3为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点光� �化降解有机污染物效果图； 图 4为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点光� �化裂解水制备氢气效果图； 图 5 为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点用作 新型电子受 /给体材料构建的有机 聚合物太阳能电池示意图；

图 6为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点用� �染料敏化太阳能电池中示意图； 图 7为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点用� �荧光成像标记和光动力学治疗效果 图； a)体外成像， b)体外光动力学治疗效果， c) 体内成像， d) 体内光动力学治疗效果； 图 8 为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点用于 抗微生物材料效果图；

图 9 为本发明杂原子掺杂的碳量子点应用示意图。

具体实施方式

实施例 1

一种 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 10mg聚合物 PPV1固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 0.5M盐酸水溶液， 混合 均匀； 将混合均匀的反应液转入水热反应釜， 反应温度控制在 250°C， 反应时间 12小时， 冷却后分离提纯， 得到的 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点。 上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在降解环境中有机污染物 上的应用： 将 100 mg N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的 罗丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时， 用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 300 mW/cm2,每间隔 2分 钟取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 50 mg N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10 wt %乙二 胺四乙酸钠的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器 中， 通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜 800 nm, 能量为 500mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合物太 阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT) 和1^、 S双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在氯苯溶液中，在每分钟 2000转速条件下，旋涂到空穴传输辅助层上，� �度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 N、 s双原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材� �构建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池 在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将二氧化钛纳米粒子、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合 制成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的 二氧化钛薄膜升温到 500°C并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 500°C烧结过 后的导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL N、 P双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在 室温避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池 中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外成像及光动力学治疗 中的应用： 体外光动力学治疗采用的模型为黑色素瘤细胞 。 在无光照条件下， 将黑色素瘤 细胞和浓度为 20ug/mL的 N、 P双原子原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培� �溶液中孵育 24小时， 用 PBS缓冲溶液冲洗两次后， 用共聚焦显微镜观察细胞成像标记效果。 接下来， 用波长为 400〜800 nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 20分钟后， 在细胞培养箱中继 续孵育 24小时， 用酶标仪检测黑色素瘤细胞的成活率。

上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内成像标记和光动力学 治疗中的应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好黑色素 瘤癌细胞的裸鼠。 当黑色素 瘤癌肿瘤长大为 30〜35mm3的时候， 将 2 mg/mL的 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点 采用皮下注射的方式注入 50 到肿瘤中， 2小时后， 用波长为 400〜800 nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 15分钟。 每天一次， 治疗两天。 用活体成像系统观察体内成像标 记效果， 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计两组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 N、 P双原子 掺杂的水溶性碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 N、 P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2X 105cf _U /mL的大肠杆菌磷酸盐缓冲溶液加到无菌的 24孔板中， 加入浓度为 0.5 mg/mL的1^、 P双原子掺杂的碳量子点溶液 10uL， 在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波 长为 400〜800nm， 光强度为 100 mW/cm2的模拟太阳光或激光照射 10分钟后， 将 24孔 板中的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上 ， 用菌落计数法计算大肠杆菌的成活率。 另 外,设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液� ��菌悬液混合,不光照;另一组是磷酸盐缓冲 溶液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。

聚合物 PPV1的结构式如下：

PPV1

实施例 2

一种 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 10mg聚合物 PT1固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 5M硫酸水溶液， 混合均 匀； 将混合均匀的反应液转入微波反应器， 反应温度控制在 150°C， 反应时间 12小时， 冷 却后分离提纯， 得到 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点。 （吸收光谱和荧光光谱如图 lc， 碳量子点的透射电镜图如图 2)。 上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在降解环境中有机污染物 上的应用： 将 100 mg S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的 罗丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时， 用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 300 mW/cm2,每间隔 2分 钟取出 2 mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。（如图 3) 上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 500 mg S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10^%乳酸 的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完全除 去水中的溶解氧。然后，用 450W氙灯光照，光的波长为 400〜800nm, 能量为 500 mW/cm2, 时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。 （如图 4)

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合物太 阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚。60?。8^1和3、 N双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在 氯苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 S、 N双 原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材料构 建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池在有 光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将氧化锌纳米管、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成 白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二氧 化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后的 导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL S、 N双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温 避光条件下浸泡 48小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 （如图 6) 在 电池中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安（I-V ) 特性。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外成像及光动力学治疗 中的应用： 体外光动力学治疗采用的模型为 A549 肺癌细胞。 在无光照条件下， 将 A549 肺癌细胞和浓度为 50 ug/mL的 S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养� ��中孵育 24 小时， 用 PBS缓冲溶液冲洗两次后， 用共聚焦显微镜观察细胞成像标记效果。 接下来， 用 波长为 632 nm, 光强度为 50 mW/cm2激光照射 20分钟后， 在细胞培养箱中继续孵育 24 小时， 用酶标仪检测 A549肺癌细胞的成活率。 （如图 7a-b)

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内成像及光动力学治疗 中的应用：体内光动力学治疗的模型为皮下接 种好 A549肺癌细胞的裸鼠。当 A549肺癌肿 瘤长大为 30〜35mm3的时候， 将 20 mg/mL的 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点采用皮 下注射的方式注入到肿瘤中， 2小时后， 用活体成像系统采集体内成像标记效果。 接下来， 用波长为 632 nm， 光强度为 150 mW/cm2的激光照射 15分钟。 每天一次， 治疗两天。 用 数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照片 ， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计三组对 比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 第二组仅注射 S原子掺杂的水溶性碳量 子点， 不光照； 第三组只光照， 每组 10个裸鼠模型。 （如图 7c-d)

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2X 105cf _U /mL的大肠杆菌磷酸盐缓冲溶液加到无菌的 24孔板中， 加入浓度为 0.5 mg/mL的 S、 N双原子掺杂的碳量子点溶液 10uL， 在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波 长为 400〜800nm， 光强度为 150 mW/cm2的模拟太阳光或激光照射 10分钟后， 将 24孔 板中的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上 ， 用菌落计数法计算大肠杆菌的成活率。 另 外,设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液� ��菌悬液混合,不光照;另一组是磷酸盐缓冲 溶液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PT1的结构式如下：

实施例 3

一种 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 5mg聚合物 PT2固体粉末放入烧杯， 加入 40 mL浓度为 1 M氢氧化钾水溶液， 混 合均匀；将混合均匀的反应液转入超声反应器 ，反应温度控制在 250°C，反应时间 36小时， 冷却后分离提纯， 得到 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点。 （吸收光谱和荧光光谱如图 Id)

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在降解环境中有机污染物 上的应用： 将 100 mg Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M 的罗丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅 拌 2小时， 用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 500 mW/cm2,每间隔 2 分钟取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 1000 mg Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10wt% 乙醇胺的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气 完全除去水中的溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 800 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合物 太阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩（PEDOT)和聚苯乙 烯磺酸盐（PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。将聚 3-己基噻吩（P3HT)和 Se、 N双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在氯苯溶液中，在每分钟 2000转速条件下，旋涂到空穴传输辅助层上，� �度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 Se、 N双原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材� �构建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池 在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。 （如图 5)

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将二氧化钛纳米管、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制 成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二 氧化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后 的导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL Se、 N双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在 室温避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池 中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外靶向成像标记及靶向 光动力学治疗中的应用： 采用的模型为前列腺正常细胞和 LNCaP前列腺癌细胞。 将 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点表面修饰上能� �特异性识别前列腺癌细胞的 A10 2' -氟嘧 啶 RNA核酸适体。 在无光照条件下， 分别将前列腺正常细胞、 LNCaP前列腺癌细胞和浓 度为 20 ug/mL的修饰后的的水溶性碳量子点在细胞培养� ��中孵育 6小时后， 用 PBS缓冲 溶液冲洗两次，用共聚焦显微镜分别采集两种 细胞成像标记数据。接下来，用波长为 400-800 nm, 光强度为 50 mW/cm2可见光照射 20分钟。 分别在细胞培养箱中继续孵育 24小时。 用酶标仪检测前列腺正常细胞和 LNCaP前列腺癌细胞的成活率。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内靶向成像标记及靶向 光动力学治疗中的应用： 模型为皮下接种好 LNCaP前列腺癌细胞的裸鼠。 当 LNCaP前列 腺癌肿瘤长大为 30-35mm3的时候， 将浓度为 10 mg/mL、 表面修饰 A10 2' -氟嘧啶 RNA 核酸适体的 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点采用静脉注射� �方式注入 200 μ L到小鼠 体内中， 3小时后， 用活体成像系统采集体内成像标记效果。 接下来， 用波长为 632 nm， 光强度为 100 mW/cm2的激光照射 15分钟。每天一次， 治疗两天。用数码相机采集光动力 学治疗后裸鼠及肿瘤照片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计两组对比试验： 一组仅注射 生理盐水，让肿瘤自然生长； 另一组仅注射修饰后的 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光 敏剂在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2 X 105cf _U /mL的金黄色葡萄球菌磷酸盐缓冲溶液加到 无菌的 24孔板中， 加入 浓度为 0.5 mg/mL的 Se、 N双原子掺杂的碳量子点溶液 lOuL,在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜800nm， 光强度为 100 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后， 将 24孔板 中的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算金黄色葡萄球菌的成活 率。 另外,设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶� ��和菌悬液混合,不光照；另一组是磷酸盐 缓冲溶液、 碳量子点水溶液和 物 PT2的结构式如下：

PT2 实施例 4

一种 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 10mg聚合物 PT5和 10mg聚合物 PPP1混合的固体粉末放入烧杯，加入 40mL浓度 为 0.5M磷酸水溶液， 混合均匀； 将混合均匀的反应液转入水热反应釜， 反应温度控制在 200 °C , 反应时间 12小时， 冷却后分离提纯， 得到 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在降解环境中有机污染 物上的应用： 将 100 mg S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的罗丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时， 用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 1000 mW/cm2,每间 隔 2分钟取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备氢 气上的应用： 将 500 mg S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10wt% 甲醇的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完 全除去水中的溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 1500 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合 物太阳能电池上的应用：将导电聚合物聚乙撑 二氧噻吩（PEDOT)和聚苯乙烯磺酸盐（PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT) 和3、 N、 P双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10： 1-溶解在氯苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制 成了 S、 N、 P原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材料� �建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电池 中的应用： 将氧化锌纳米管、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制 成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二 氧化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后 的导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL S、 N、 P三原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电 池中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外成像标记及光动力 学治疗中的应用： 采用的模型为 XPA1胰腺癌细胞。 在无光照条件下， 分别将 XPA1胰腺 癌细胞浓度为 20 ug/mL的 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液� �孵育 10 小时后， 用 PBS缓冲溶液冲洗两次， 用共聚焦显微镜观察细胞成像标记效果。 接下来， 用 波长为 400-800 nm， 光强度为 50 mW/cm2的可见光照射 20分钟。 在细胞培养箱中继续孵 育 24小时。 用酶标仪检测 XPA1胰腺癌细胞的成活率。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内成像标记及光动力 学治疗中的应用： 模型为皮下接种 XPA1胰腺癌细胞的裸鼠。 当 XPA1胰腺癌肿瘤长大为 30-35mm3的时候， 将 20 mg/mL的 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点采用皮下注射 的方式注入 200 到肿瘤中， 1小时后， 用活体成像系统观察体内成像标记效果。 接下 来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 120 mW/cm2可见光照射 15分钟。 每天一次， 治疗两 天。 用数码相机采集 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计 两组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 S、 N、 P三原子惨 杂的水溶性红色荧光碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 S、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在抗菌材料上的应用： 将 200 uL、 浓度为 2X 105cfti/mL的大肠杆菌磷酸盐缓冲溶液加到无菌� � 24孔板中， 加入浓 度为 1.0 mg/mL的 S、 N、 P三原子掺杂的碳量子点溶液 lOuL,在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜800nm， 光强度为 150 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后， 将 24孔板 中的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算大肠杆菌的成活率。 另外, 设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液和� �悬液混合,不光照；另一组是磷酸盐缓冲溶 液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PPP1和 PT5的结构式如下：

实施例 5

一种 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 5mg聚合物 PT8固体粉末放入烧杯， 加入 40 mL浓度为 1 M氢氧化钾水溶液， 混 合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜 ，反应温度控制在 250°C，反应时间 36小时， 冷却后分离提纯， 得到 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在降解环境中有机污染物 上的应用： 将 100 mg Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M 的罗丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅 拌 2小时， 用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 800 mW/cm2,每间隔 2 分钟取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 1000 mg Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10wt% 乙醇胺的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气 完全除去水中的溶解氧。然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 1200 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合物 太阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩（PEDOT)和聚苯乙 烯磺酸盐（PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将 C70PCBM和 Se、 N双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在氯 苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 Se、 N双 原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材料构 建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池在有 光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将二氧化钛纳米管、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制 成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二 氧化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后 的导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL Se、 N双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在 室温避光条件下浸泡 60 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池 中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外靶向成像标记及靶向 光动力学治疗中的应用： 采用的模型为 PC3前列腺癌细胞和前列腺正常细胞。在无光照 条 件下， 分别将 PC3前列腺癌细胞、 前列腺正常细胞和浓度为 20 ug/mL的表面修饰叶酸的 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液� �孵育 6小时后， 用 PBS缓冲溶液冲洗 两次， 用共聚焦显微镜分别采集两种细胞成像标记数 据。 接下来， 用波长为 400-800 nm， 光强度为 50 mW/cm2可见光照射 20分钟。分别在细胞培养箱中继续孵育 24小时。用酶标 仪检测 PC3前列腺癌细胞和前列腺正常细胞的成活率。

上述 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内靶向成像标记及靶向 光动力学治疗中的应用：模型为皮下接种好 PC3前列腺癌细胞的裸鼠。当 PC3前列腺癌细 胞肿瘤长大为 30-35mm3的时候， 将浓度为 10 mg/mL、 表面修饰叶酸的 Se、 N双原子掺 杂的水溶性碳量子点采用静脉注射的方式注入 200 L到小鼠体内中， 3小时后，用活体成 像系统采集体内成像标记效果。 接下来， 用波长为 632 nm， 光强度为 100 mW/cm2的激光 照射 15 分钟。 每天一次， 治疗两天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。设计两组对比试 验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射修饰后的 Se、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模 型。

上述 Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光 敏剂在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2 X 105cf _U /mL的金黄色葡萄球菌磷酸盐缓冲溶液加到 无菌的 24孔板中， 加入 浓度为 0.5 mg/mL的 Se、 N双原子掺杂的碳量子点溶液 lOuL,在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜800nm， 光强度为 100 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后， 将 24孔板 中的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算金黄色葡萄球菌的成活 率。 另外,设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶� ��和菌悬液混合,不光照；另一组是磷酸盐 缓冲溶液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PT8的结构式如下：

Ρ1Έ

实施例 6

一种 N原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 30 mg聚合物 PT6固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 0.5M氢氧化钾水溶液,混 合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜 ，反应温度控制在 210°C，反应时间 10小时， 冷却后分离提纯， 得到 N原子掺杂的碳量子点。

(吸收光谱和荧光光谱如图 la)

上述 N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化� �在降解环境中有机污染物上的应 用： 将 100 mg N原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的罗丹明 B水 溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时， 用 波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 300 mW/cm2,每间隔 2分钟取出 2 mL 溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化� �在光催化裂解水制备氢气上的应 用： 将 500 mg N原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10wt%三乙醇胺的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完全除去水中的 溶解氧。然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 500 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子受 /给体材料构建有机聚合物太阳能 电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照 重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空穴传 输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT) 和 N原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在 氯苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 N原子掺 杂的碳量子点用作新型电子受体材料构建的有 机聚合物太阳能电池。 测量电池在有光照和 无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 N 原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂在 量子点敏化太阳能电池中的应 用： 将二氧化钛纳米管、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成白 色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二氧化 钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后的导 电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL N原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温避光条 件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池中滴加电解 液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 N 原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂在 体外成像标记及光动力学治疗 中的应用： 体外光动力学治疗采用的模型为 SCC25舌癌细胞。在无光照条件下， 将 SCC25 舌癌细胞和浓度为 20 ug/mL的 N原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液孵� � 24小时， 然后用 PBS溶液冲洗两次， 在共聚焦显微镜下观察细胞城乡标记效果。 接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 50mW/cm2可见光照射 18分钟。 然后在细胞培养箱中继续孵育 24 小时。 用酶标仪测试 SCC25舌癌细胞的成活率。

上述 N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� �体内成像标记及光动力学治疗中 的应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 SCC25舌癌细胞的裸鼠。 当 SCC25舌癌 肿瘤长大为 30-35mm3的时候，将 2 mg/mL的 N原子掺杂的水溶性碳量子点采用皮下注射 的方式注入 200 到肿瘤中， 2小时后， 用活体成像系统观察体内成像标记效果。 接下 来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 15分钟。 每天一次， 治疗两 天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计 两组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 N原子掺杂的水溶 性红色荧光碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� �抗菌材料上的应用： 将 200 uL、 浓度为 2 X 105cfti/mL 的噬菌体磷酸盐缓冲溶液加到无菌的 24 孔板中， 加入浓度为 2.0 mg/mL的 N原子掺杂的碳量子点溶液 lOuL, 在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜 800nm, 光强度为 50mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后， 将 24孔板中的混合溶液转移 到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算噬菌体的成活率。 另外,设计两组对照实验: 一组是磷酸盐缓冲溶液和菌悬液混合,不光照;� ��一组是磷酸盐缓冲溶液、 碳量子点水溶液 和菌悬液混合， 不光照。 （如图 8 )

聚合物 PT6的结构式如下：

PT8

实施例 7

N、 S双原子掺杂的水溶性碳量子的制备方法， 包括以下步骤：

将 50mg聚合物 PF1固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 5M氢氧化钠水溶液， 混 合均匀；将混合均匀的反应液转入微波反应器 ，反应温度控制在 250°C，反应时间 48小时， 冷却后分离提纯， 得到 N、 S双原子掺杂的水溶性碳量子点。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在降解环境中有机污染物 上的应用： 将 100 mg S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的 罗丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时， 用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 400 mW/cm2,每间隔 2分 钟取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 500 mg S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10^%乳酸 的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完全除 去水中的溶解氧。然后，用 450W氙灯光照，光的波长为 400〜800nm, 能量为 1500 mW/cm2, 时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合物太 阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT) 和3、 N双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在氯苯溶液中，在每分钟 2000转速条件下，旋涂到空穴传输辅助层上，� �度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 S、 N双原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材� �构建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池 在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将氧化锌纳米管、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成 白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二氧 化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后的 导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL S、 N双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温 避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池中滴 加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外成像及光动力学治疗 中的应用：体外光动力学治疗采用的模型为 MCF7乳腺癌细胞。在无光照条件下，将 MCF7 乳腺癌细胞和浓度为 50 ug/mL的 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液� �孵育 24小时， 用 PBS缓冲溶液冲洗两次后， 用共聚焦显微镜观察细胞成像标记效果。 接下来， 用波长为 632 nm, 光强度为 50 mW/cm2激光照射 20分钟后， 在细胞培养箱中继续孵育 24小时， 用酶标仪检测 MCF7乳腺癌细胞的成活率。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内成像及光动力学治疗 中的应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 MCF7乳腺癌细胞的裸鼠。 当 MCF7乳 腺癌肿瘤长大为 30〜35mm3的时候， 将 6 mg/mL的 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点 采用皮下注射的方式注入到肿瘤中， 2 小时后， 用活体成像系统采集体内成像标记效果。 接下来， 用波长为 632 nm， 光强度为 200 mW/cm2的激光照射 15分钟。 每天一次， 治疗 两天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设 计三组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 第二组仅注射 S原子掺杂的水 溶性碳量子点， 不光照； 第三组只光照， 每组 10个裸鼠模型。

上述 S、 N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2X 105cf _U /mL的大肠杆菌磷酸盐缓冲溶液加到无菌的 24孔板中， 加入浓度为 0.5 mg/mL的 S、 N双原子掺杂的碳量子点溶液 10uL， 在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波 长为 400〜800nm， 光强度为 200 mW/cm2的激光照射 10分钟后， 将 24孔板中的混合溶 液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算大肠杆菌的成活率。 另外,设计两组对 照实验：一组是磷酸盐缓冲溶液和菌悬液混合 ,不光照;另一组是磷酸盐缓冲溶液、 碳量子点 水溶液和菌悬液混合， 不光照。

聚合物 PF1的结构式如下：

实施例 8

P原子掺杂的水溶性碳量子的制备方法， 包括以下步骤：

将 10mg聚合物 PPP1固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 0.5M磷酸水溶液， 混合 均匀； 将混合均匀的反应液转入水热反应釜， 反应温度控制在 500°C， 反应时间 12小时， 冷却后分离提纯， 得到 P原子掺杂的水溶性碳量子点。

上述 P原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在� �解环境中有机污染物上的应用： 将 100 mg P原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的甲基橙水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封 口的石英容器中，搅拌 2小时，用波长为 400〜 800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 900 mW/cm2,每间隔 2分钟取出 2 mL溶液， 用 紫外 -可见光谱仪测定甲基橙在 463 nm处吸光度的变化。 上述 P原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化� �在光催化裂解水制备氢气上的应 用： 将 900 mg P原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10^%硫化钠的水中， 将 混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完全除去水中的溶 解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 1000 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 P 原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子受 /给体材料构建有机聚合物太阳能 电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照 重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空穴传 输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT) 和 P原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在 氯苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 P原子掺 杂的碳量子点用作新型电子受体材料构建的有 机聚合物太阳能电池。 测量电池在有光照和 无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 P 原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂在 量子点敏化太阳能电池中的应 用： 将氧化锌纳米线、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成白色 均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二氧化钛 薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后的导电 玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL P原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温避光条件 下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池中滴加电解液 完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 P原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� �体外成像及光动力学治疗中的应 用： 体外光动力学治疗采用的模型为 Hep2喉癌细胞。在无光照条件下， 将 Hep2喉癌细胞 和浓度为 200 ug/mL的 P原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液中� �育 4小时， 然后用 PBS缓冲溶液冲洗两次，用共聚焦显微镜观察细 胞标记效果。接下来，用波长为 400-800nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 20分钟。 然后在细胞培养箱中继续孵育 48小时。 用酶 标仪检测 Hep2喉癌细胞的成活率。

上述 P原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� �体内成像及光动力学治疗中的应 用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 Hep2喉癌细胞的裸鼠。 当 Hep2喉癌细胞肿瘤 长大为 30-35mm3的时候， 将 2 mg/mL的 P原子掺杂的水溶性碳量子点采用皮下注射的� � 式注入 lOO L到肿瘤中， 2小时后， 用活体成像系统观察体内成像标记效果。 接下来， 用 波长为 400-800nm， 光强度为 100 mW/cm2的可见光照射 15分钟。 每天一次， 治疗两天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计两组 对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 P原子掺杂的水溶性碳 量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 P原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� �抗菌材料上的应用： 将 200 uL、 浓度为 2 X 105cfti/mL的梅毒螺旋体磷酸盐缓冲溶液加到无� �的 24孔板中，加入浓度为 1.0 mg/mL的 P原子掺杂的碳量子点溶液 10uL， 在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜 800nm， 光强度为 100 mW/cm2的模拟太阳光或激光照射 10分钟后， 将 24孔板中的混合 溶液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算梅毒螺旋体的成活率。 另外,设计两 组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液和菌悬液� �合,不光照;另一组是磷酸盐缓冲溶液、 碳量 子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PPP1的结构式如下：

PPP1

实施例 9

Se原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 20 mg聚合物 PT3固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 0.5 mM氢氧化钾水溶液, 混合均匀； 将混合均匀的反应液转入水热反应釜， 反应温度控制在 200°C， 反应时间 12小 时，冷却后分离提纯，得到 Se原子掺杂的水溶性碳量子点。（吸收光谱和� ��光光谱如图 lb) 上述 Se原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在� ��解环境中有机污染物上的应用： 将 100 mg Se原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的罗丹明 B水溶液 中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时， 用波长 为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 100 mW/cm2,每间隔 2分钟取出 2 mL溶 液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化� ��在光催化裂解水制备氢气上的 应用：将 800 mg Se原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10wt¾«化钾的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完全除去水中的 溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 500 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子受 /给体材料构建有机聚合物太阳能 电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照 重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空穴传 输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT) 和 Se原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在 氯苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 Se原子掺 杂的碳量子点用作新型电子受体材料构建的有 机聚合物太阳能电池。 测量电池在有光照和 无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� ��量子点敏化太阳能电池中的应 用： 将二氧化钛纳米线、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成白 色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二氧化 钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后的导 电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL Se原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温避光条 件下浸泡 50 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池中滴加电解 液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� ��体外成像及光动力学治疗中的 应用： 体外光动力学治疗采用的模型为 KU7膀胱癌细胞。 在无光照条件下， 将 KU7膀胱 癌细胞和浓度为 200 ug/mL的 Se原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液中� ��育 12小时， 然后用 PBS 缓冲溶液冲洗两次， 用共聚焦显微镜观察细胞标记效果。 接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 200 mW/cm2可见光照射 20分钟。然后在细胞培养箱中继续孵育 48 小时。 用酶标仪检测 KU7膀胱癌细胞的成活率。

上述 Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� ��体内成像及光动力学治疗中的 应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 KU7膀胱癌细胞的裸鼠。 当 KU7膀胱癌肿 瘤长大为 30-35mm3的时候， 将 3 mg/mL的 Se原子掺杂的水溶性碳量子点采用皮下注射 的方式注入 100 到肿瘤中， 1小时后，用活体成像系统观察体内成像标记� �果。接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 15分钟。 每天一次， 治疗两天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计两组 对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 Se原子掺杂的水溶性 碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏剂� ��抗菌材料上的应用： 将 200 uL、 浓度为 2X 105cfti/mL的霉菌磷酸盐缓冲溶液加到无菌的 24孔板中，加入浓度为 0.3 mg/mL 的 Se原子掺杂的碳量子点溶液 lOuL,在黑暗中震荡培养 0.5小时，用波长为 400〜800nm, 光强度为 100 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后， 将 24孔板中的混合溶液转移到含有 培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算霉菌的成活率。 另外,设计两组对照实验:一组是磷 酸盐缓冲溶液和菌悬液混合，不光照;另一组� �磷酸盐缓冲溶液、 碳量子点水溶液和菌悬液 混合， 不光照。

聚合物 PT3的结构式如下：

PT3

实施例 10

S、 Si双原子掺杂的碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 10mg聚合物 PT4固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 0.5 M氢氧化钾水溶液， 混合均匀； 将混合均匀的反应液转入微波反应器， 反应温度控制在 250°C， 反应时间 12小 时， 冷却后分离提纯， 得到 S、 Si双原子掺杂的碳量子点。

上述 S、 Si双原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂� ��降解环境中有机污染物上的 应用： 将 100 mg S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的罗 丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2 小时，用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 100 mW/cm2,每间隔 2分钟 取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� ��剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 150 mg S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10 wt%亚硫 酸钠的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完 全除去水中的溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 700 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� �� /给体材料构建有机聚合物太 阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT)和3、 Si双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在氯苯溶液中，在每分钟 2000转速条件下，旋涂到空穴传输辅助层上，� �度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 S、 Si双原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材� ��构建的有机聚合物太阳能电池。 测量电池 在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将氧化锌纳米棒、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混合制成 白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接的二氧 化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结过后的 导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL S、 Si双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室 温避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池中 滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在体外成像及光动力学治疗 中的应用：体外光动力学治疗采用的模型为 SN12C肾癌细胞。在无光照条件下，将 SN12C 肾癌细胞和浓度为 200 ug/mL的 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液� ��孵育 24小时， 然后用 PBS缓冲溶液冲洗两次， 用共聚焦显微镜观察细胞标记效果。 接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 20分钟。然后在细胞培养箱中继 续孵育 48小时。 用酶标仪检测 SN12C肾癌细胞的成活率。

上述 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在体内成像及光动力学治疗 中的应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 SN12C肾癌细胞的裸鼠。 当 SN12C肾 癌肿瘤长大为 30-35mm3的时候， 将 5 mg/mL的 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点采用 皮下注射的方式注入 lOO L到肿瘤中， 1小时后，用活体成像系统观察体内成像标记� �果。 接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 100 mW/cm2可见光照射 15分钟。 每天一次， 治 疗两天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计两组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 S、 Si双原子 掺杂的水溶性碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。 上述 S、 Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2X 105cf _U /mL的金黄色葡萄球菌磷酸盐缓冲溶液加到 无菌的 24孔板中， 加入 浓度为 0.5 mg/mL的 S、 Si双原子掺杂的碳量子点溶液 10uL，在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜800nm, 光强度为 200 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后，将 24孔板中 的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算金黄色葡萄球菌的成活率。 另外， 设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液和� �悬液混合， 不光照； 另一组是磷酸盐 缓冲溶液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PT4的结构式如下：

PT4

实施例 11

Se、 N、 P三原子掺杂的碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 10 mg聚合物 PT3和 10 mg聚合物 PPV1固体粉末放入烧杯，加入 40 mL浓度为 0.5M 氢氧化钠水溶液,混合均匀； 将混合均匀的反应液转入圆底烧瓶，油浴加热 ， 反应温度控制 在 250°C， 反应时间 12小时， 冷却后分离提纯， 得到 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量 子点

上述 Se、 N、 P三原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂� �降解环境中有机污染物 上的应用： 将 100 mg Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的亚甲基蓝水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2小时，用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 600 mW/cm2,每间隔 2分钟取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定亚甲基蓝在 650 nm处吸光度的变化。

上述 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� �剂在光催化裂解水制备 氢气上的应用： 将 200 mg Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10wt%乳酸的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯 氮气完全除去水中的溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 1200 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。

上述 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电子� � /给体材料构建有机聚合 物太阳能电池上的应用：将导电聚合物聚乙撑 二氧噻吩（PEDOT)和聚苯乙烯磺酸盐（PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚 3-己基噻吩 （P3HT)和 Se、 N、 P三原子掺杂的碳量子点按照重量比 10： 1-溶解在氯苯溶液中， 在每分钟 2000转速条件下， 旋涂到空穴传输辅助层上， 厚度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制 成了 Se、 N、 P三原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材� �构建的有机聚合物太阳能电 池。 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在量子点敏化太阳能电 池中的应用： 将二氧化钛纳米棒、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混 合制成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接 的二氧化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结 过后的导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL Se、 N、 P三原子掺杂的碳量子点水溶液 中， 在室温避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电池中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特 性。

上述 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体外成像及光动力学 治疗中的应用： 体外光动力学治疗采用的模型为 TOV21 卵巢癌细胞。 在无光照条件下， 将 TOV21卵巢癌细胞和浓度为 100 ug/mL的 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点在细 胞培养液中孵育 4小时， 然后用 PBS缓冲溶液冲洗两次， 用共聚焦显微镜观察细胞标记效 果。 接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 50 mW/cm2可见光照射 20分钟。 然后在细 胞培养箱中继续孵育 48小时。 用酶标仪检测 TOV21卵巢癌细胞的成活率。

上述 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在体内成像及光动力学 治疗中的应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 TOV21 卵巢癌细胞的裸鼠。 当 TOV21卵巢癌肿瘤长大为 30-35mm3的时候， 将 8 mg/mL的 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶 性碳量子点采用皮下注射的方式注入 50 到肿瘤中， 2小时后， 用活体成像系统观察体 内成像标记效果。接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 120 mW/cm2可见光照射 20分 钟。 每天一次， 治疗两天。 用数码相机采集光动力学治疗后裸鼠及肿瘤照 片， 用游标卡尺 记录肿瘤的大小。 设计两组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅 注射 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。 上述 Se、 N、 P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� �在抗菌材料上的应用： 将 200 uL、 浓度为 2 X 105cfu/mL的噬菌体磷酸盐缓冲溶液加到无菌的 24孔板中， 加入浓 度为 1.5 mg/mL的 Se、 N、 P三原子掺杂的碳量子点溶液 10uL， 在黑暗中震荡培养 0.5小 时， 用波长为 400〜800nm, 光强度为 120 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后， 将 24孔 板中的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上 ， 用菌落计数法计算噬菌体的成活率。 另外, 设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液和� �悬液混合,不光照；另一组是磷酸盐缓冲溶 液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PPV1和 PT3的结构式如下：

PPV1 FI3 实施例 12

S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法， 包括以下步骤：

将 10mg聚合物 PT7固体粉末放入烧杯， 加入 40mL浓度为 0.5M氢氧化钠水溶液,混 合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜 ，反应温度控制在 180 °C，反应时间 24小时， 冷却后分离提纯， 得到 S、 As双原子掺杂的水溶性荧光碳量子点。

上述 S、 As双原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂� ��降解环境中有机污染物上的 应用： 将 100 mg As、 S双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL浓度为 10-5 M的罗 丹明 B水溶液中， 然后将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 搅拌 2 小时，用波长为 400〜800nm的 450W氙灯光照射， 光能量为 400 mW/cm2,每间隔 2分钟 取出 2 mL溶液， 用紫外-可见光谱仪测定罗丹明 B在 553 nm处吸光度的变化。

上述 S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催� ��剂在光催化裂解水制备氢气 上的应用： 将 50 mg As、 S双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到 100 mL含有 10^%三乙 醇胺的水中， 将混合溶液转移到带冷凝装置、 可密闭封口的石英容器中， 通入高纯氮气完 全除去水中的溶解氧。 然后， 用 450W氙灯光照， 光的波长为 400〜800nm, 能量为 800 mW/cm2,时间为 180分钟， 产生的氢气用气相色谱在线分析。 上述 S、As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型电 子受 /给体材料构建有机聚合物太 阳能电池上的应用： 将导电聚合物聚乙撑二氧噻吩 （PEDOT) 和聚苯乙烯磺酸盐 （PSS) 按照重量比 1 : 25混合后， 旋涂在氧化铟锡 （ITO) 透明玻璃上， 厚度约 30纳米， 作为空 穴传输辅助层。 将聚 3-己基噻吩（P3HT)和3、 As双原子掺杂的碳量子点按照重量比 10: 1-溶解在氯苯溶液中，在每分钟 2000转速条件下，旋涂到空穴传输辅助层上，� �度为 70-90 纳米， 用作有源层， 最后用真空蒸镀机蒸镀上 A1 电极， 14CTC退火 10分钟后， 制成了 S、 As双原子掺杂的碳量子点用作新型电子受体材� ��构建的有机聚合物太阳能电池。测量电池 在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在量子点敏化太阳能电池中 的应用： 将二氧化钛纳米棒阵列、 聚乙二醇 20000和水按照重量比 25: 10： 65的比例混 合制成白色均匀粘稠的浆料， 旋涂到表面清洁的 FTO导电玻璃上。 将 FTO导电玻璃连接 的二氧化钛薄膜升温到 50CTC并保温 120分钟， 除去薄膜内部的有机物。 经过 50CTC烧结 过后的导电玻璃电极冷却到 80°C， 浸入 50 mg/mL S、 As双原子掺杂的碳量子点水溶液中， 在室温避光条件下浸泡 48 小时， 然后取出与热蒸发制备得到的铂电极组装成电 池。 在电 池中滴加电解液完成整个电池， 测量电池在有光照和无光照条件下的伏安 （I-V) 特性。

上述 S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在体外成像及光动力学治疗 中的应用： 体外光动力学治疗采用的模型为 HT29结肠癌细胞。在无光照条件下， 将 HT29 结肠癌细胞和浓度为 100 ug/mL的 S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点在细胞培养液� ��孵 育 4小时， 然后用 PBS缓冲溶液冲洗两次， 用共聚焦显微镜观察细胞标记效果。 接下来， 用波长为 400-800nm， 光强度为 50 mW/cm2可见光照射 20分钟。 然后在细胞培养箱中继 续孵育 48小时。 用酶标仪检测 HT29结肠癌细胞的成活率。

上述 S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光敏� ��在体内成像及光动力学治疗 中的应用： 体内光动力学治疗的模型为皮下接种好 HT29结肠癌细胞的裸鼠。 当 HT29结 肠癌肿瘤长大为 30-35mm3的时候， 将 5 mg/mL的 S、 As双原子掺杂的水溶性碳量子点采 用皮下注射的方式注入 50 到肿瘤中， 2小时后， 用活体成像系统观察体内成像标记效 果。接下来，用波长为 400-800nm，光强度为 150 mW/cm2可见光照射 20分钟。每天一次， 治疗两天。用数码相机采集光动力学治疗后裸 鼠及肿瘤照片，用游标卡尺记录肿瘤的大小。 设计两组对比试验： 一组仅注射生理盐水， 让肿瘤自然生长； 另一组仅注射 S、 As双原子 掺杂的水溶性碳量子点， 不光照。 每组 10个裸鼠模型。

上述 S、As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光 敏剂在抗菌材料上的应用：将 200 uL、 浓度为 2 X 1011pfti/mL的烟草花叶病毒酸盐缓冲溶液加到无� ��的 24孔板中， 加入浓 度为 1.0 mg/mL的 As、 S双原子掺杂的碳量子点溶液 10uL， 在黑暗中震荡培养 0.5小时， 用波长为 400〜800nm, 光强度为 150 mW/cm2的模拟太阳光照射 10分钟后，将 24孔板中 的混合溶液转移到含有培养基的琼脂盘上， 用菌落计数法计算烟草花叶病毒的成活率。 另 外,设计两组对照实验:一组是磷酸盐缓冲溶液� ��菌悬液混合,不光照;另一组是磷酸盐缓冲 溶液、 碳量子点水溶液和菌悬液混合， 不光照。 聚合物 PT7的结构式如下：

PT7 显然， 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发 明所作的举例， 而并非是对本发 明的实施方式的限定。 对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。 这里无法对所有的实施方式予以穷举。 凡是属于本发明的 技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍 处于本发明的保护范围之列。