Pendekatan Sederhana untuk Sintesis Titik Kuantum Karbon Berpendar dari Air Limbah Tahu
Abstrak
Kami menyajikan penyelidikan tentang titik-titik kuantum karbon (CQDs) yang disintesis dari air limbah yang diinduksi selama produksi tahu. Kami menemukan bahwa air limbah tahu adalah sumber bahan baku yang baik untuk membuat CQD fluoresen. CQD yang sesuai dapat dibuat hanya melalui reaksi hidrotermal untuk mengkarbonisasi bahan organik dalam serofluida kuning air limbah tahu. Dua jenis CQD dapat diperoleh masing-masing dalam air deionisasi dan larutan NaOH, di mana CQD dalam air (larutan NaOH) dapat memancarkan cahaya biru (hijau) di bawah penyinaran UV. Dari spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) diketahui bahwa perbedaan mendasar antara kedua jenis CQD ini adalah kandungan ikatan C–O dan C=O pada permukaan CQD. Perbedaan ini dapat menyebabkan fitur yang berbeda dari spektrum photoluminescence (PL) dari CQD. Berdasarkan hasil yang diperoleh dari pengukuran XPS dan PL, kami mengusulkan mekanisme dalam memahami dan menjelaskan emisi cahaya yang diinduksi foton dari CQD. Studi ini relevan dengan fabrikasi dan penerapan CQD fluoresen, misalnya, bahan tampilan cahaya.
Latar Belakang
Tahu, terbuat dari kedelai, adalah makanan sehari-hari di Cina dan di masyarakat Asia. Dahulu, tahu dan hasil olahannya sebagian besar dibuat oleh keluarga dan pabrik kecil dalam jumlah yang relatif kecil. Dengan semakin populernya vegetarian di seluruh dunia, permintaan produk tahu telah meningkat pesat dalam dua dekade terakhir sejak supermarket internasional besar seperti WalMart dan Carrefour menjualnya sebagai makanan kesehatan. Saat ini, tahu dan produk terkait sebagian besar diproduksi secara massal oleh pabrik-pabrik besar di kawasan industri di Cina. Namun, salah satu masalah lingkungan dari produksi massal tahu di kawasan industri adalah air limbah. Produksi produk kedelai akan menghasilkan air limbah yang bercampur dengan serofluida kuning kedelai. Air limbah ini dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Di sisi lain, serofluida kuning tahu sangat terkonsentrasi dengan bahan organik dan mengandung karbohidrat, protein, asam organik, oligosakarida fungsional, nitrogen non-protein yang larut dalam air dan vitamin, lipid, dan zat pigmen lainnya. Oleh karena itu, ini adalah sumber bahan baku yang baik dalam fabrikasi titik kuantum karbon (CQD) untuk optik, biomedis, dan aplikasi lainnya. Dengan demikian, menerapkan air limbah tahu untuk membuat CQD dapat menggunakan kembali limbah dari produksi massal tahu dan sebagian besar mengurangi pencemaran lingkungan. Ini menjadi motivasi utama dari penelitian kami saat ini.
Titik kuantum karbon adalah kelas baru dari nanomaterial berbasis karbon yang biasanya berukuran spasial 20 nm atau kurang [1, 2]. Telah ditemukan bahwa CQD memiliki kelarutan air yang baik, kelembaman kimia yang tinggi, toksisitas rendah, dan biokompatibilitas yang sangat baik [3, 4]. Dari sudut pandang fisika, spektrum energi elektronik untuk CQD mirip dengan semikonduktor celah pita langsung. Dengan demikian, CQD telah diusulkan sebagai bahan fluoresen untuk perangkat optik dan optoelektronik canggih [5, 6]. Dalam beberapa tahun terakhir, CQD telah diselidiki secara intensif. Berbagai metode fabrikasi dan sumber bahan baku yang berbeda telah diterapkan untuk mewujudkan CQD untuk aplikasi optik [5,6,7]. Secara umum, sintesis CQDs dapat dicapai melalui pendekatan top-down dan bottom-up [8]. Metode top-down terutama pendekatan fisik dalam membentuk titik-titik karbon dengan memecah atau mengupas struktur bahan karbon yang lebih besar, termasuk pelepasan busur [9], oksidasi elektrokimia [10], oksidasi kimia [11], ablasi laser [12], dll. Metode bottom-up adalah dengan menggunakan molekul kecil sebagai prekursor untuk mendapatkan CQD melalui reaksi kimia, termasuk pembakaran [13], gelombang mikro [14], dan pendekatan ultrasonik [15] bersama dengan sintesis larutan kimia [16], reaksi hidrotermal [17] ], dll.
Dalam beberapa tahun terakhir, biomassa seperti jerami gandum [18] dan daun tanaman [19] telah banyak digunakan sebagai sumber karbon untuk sintesis CQDs. Selain itu, CQD fluoresen yang larut dalam air telah dibuat dengan perawatan hidrotermal jus jeruk [20] dan bergamot Jinhua [21] yang diambil sebagai sumber karbon. Pendekatan sederhana seperti itu telah diterapkan untuk sintesis skala besar CQD yang larut dalam air dari berbagai jenis sumber yang berasal dari limbah makanan [22].
Dalam penelitian ini, kami mengambil serofluida kuning tahu sebagai sumber karbon untuk mensintesis CQD melalui metode hidrotermal untuk mengkarbonisasi bahan organik dalam serofluida kuning. Telah ditunjukkan [17] bahwa metode hidrotermal adalah pendekatan yang mudah dan berbiaya rendah yang dapat diterapkan pada sintesis skala besar dan satu langkah dari CQD fluoresen yang larut dalam air. Untuk aplikasi optik CQD, terutama sebagai bahan tampilan cahaya, diinginkan untuk dapat menghasilkan CQD fluoresen yang dapat memancarkan radiasi biru, hijau, dan merah. Pekerjaan penelitian kami saat ini sedang dilakukan di sepanjang arah ini. Dalam penelitian ini, kami menyiapkan serangkaian CQD fluoresen untuk penyelidikan. Mikroskop elektron transmisi dan spektroskopi fotoelektron sinar-X diterapkan untuk karakterisasi CQD yang dibuat. Eksperimen fotoluminesensi digunakan untuk mengukur sifat optik CQD.
Metode
Dalam penelitian ini, air limbah dari produksi tahu diambil dari Tofu Industrial Park di Shi Ping County, Yunnan, China. Proses umum untuk mensintesis CQDs dari serofluida kuning dalam air limbah tahu dapat dijelaskan sebagai berikut:(i) Kami menyiapkan bahan prekursor karbon melalui pirolisis ampas kuning tahu dalam air limbah. Di sini, 300 ml sirup kuning tahu dimasukkan ke dalam gelas kimia 500 ml dan diletakkan di atas platform pemanas untuk pemanasan konstan. Kami menemukan bahwa ketika suhu pemanasan sekitar 93 °C dan waktu pemanasan selama 3 hingga 5 jam, serofluida kuning tahu dalam gelas kimia dapat menjadi kering terbakar. (ii) Kami membiarkan bahan-bahan dalam gelas kimia menjadi dingin secara alami sampai suhu kamar dan menambahkan 50–200 ml air deionisasi ke dalam gelas kimia. (iii) Campuran diaduk secara magnetis selama 4 menit untuk mencapai campuran bahan dan air yang seragam dan penuh. (iv) Campuran diambil selama 5 menit kejutan ultrasonik untuk memecahkan kluster yang hilang. Dengan demikian, kita dapat memperoleh supernatan yang mengandung titik-titik karbon. (v) Supernatan selanjutnya disentrifugasi dengan kecepatan 12.000 r/menit selama 20 menit, dan supernatan selanjutnya dapat diperoleh. Akibatnya, CQD akhirnya dapat diperoleh dalam air deionisasi. Ditemukan bahwa suhu pemanasan, waktu pemanasan, dan nilai pH air pulp kuning dalam proses sintesis dapat mempengaruhi pertumbuhan CQD dengan cukup kuat. Oleh karena itu, CQD dapat dibuat dengan fitur fluoresen tertentu melalui memvariasikan kondisi sintesis di atas. Kami melihat dari pengamatan mata telanjang dengan siang hari bahwa supernatan dengan CQD yang disiapkan di bawah kondisi eksperimental yang disebutkan di atas terlihat kuning. Namun, dapat terlihat biru di bawah iradiasi UV. Kami menamai jenis CQD fluoresen ini sebagai CQD-1 dalam artikel ini.
Dengan mengambil pendekatan sintesis serupa, kita dapat menghasilkan CQD melalui penggunaan NaOH sebagai larutan untuk membakar serofluida kuning tahu kering setelah pirolisis, daripada menggunakan air deionisasi yang dibahas di atas. Kami menambahkan 100 ml larutan NaOH dengan nilai pH sekitar 12,4. Mengikuti proses pengadukan magnetik, kejutan ultrasonik, dan sentrifugasi yang sama seperti yang dinyatakan di atas, kita juga dapat memperoleh CQD dalam larutan NaOH. CQD ini juga terlihat kuning dari pengamatan mata telanjang dengan siang hari. Namun, mereka dapat terlihat hijau di bawah iradiasi UV. Kami memberi nama CQD fluoresen ini sebagai CQD-2 dalam artikel ini.
Dalam karya ini, kami telah membuat dua jenis CQD yang dapat memancarkan lampu hijau dan biru di bawah iradiasi UV. Penyelidikan lebih lanjut dari pekerjaan ini dilakukan terutama untuk dua jenis CQD yang direalisasikan dari air limbah tahu.
Hasil dan Diskusi
Untuk karakterisasi CQD yang disintesis dari air limbah tahu, pertama-tama kami melakukan analisis morfologi untuk CQD ini. Pada Gambar. 1, kami menunjukkan gambar khas CQD dalam air deionisasi dan larutan NaOH (CQDs-1 dan CQDs-2), yang diperoleh dari mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (TEM). Seperti yang dapat kita lihat, CQD yang disiapkan berbentuk bola dan monodispersi dalam air deionisasi (untuk CQD-1) atau larutan NaOH (untuk CQD-2). Melalui rata-rata statistik gambar TEM, ukuran partikel CQD ini berkisar antara 2 hingga 10 nm. Kami menemukan bahwa CQD ini sangat mengkristal dengan struktur kisi karbon yang khas. Pinggiran kisi jelas dan jarak kisi yang sesuai masing-masing sekitar 0,22 dan 0,21 nm. Kami ingin mencatat bahwa hasil yang ditunjukkan pada Gambar 1 sangat mirip dengan yang dilaporkan sebelumnya untuk konten doping N dan S di N- dan S-CQD dengan hasil tinggi [23, 24]. Selain itu, kami menemukan bahwa distribusi ukuran CQD dalam air deionisasi (CQDs-1) atau dalam larutan NaOH (CQDs-2) terutama terletak sekitar 3,5–5,5 nm dan ketebalan CQD ini sekitar 3,5 nm.
a Gambar TEM untuk CQD dalam air deionisasi (CQDs-1) dan b Gambar TEM untuk CQD dalam larutan NaOH (CQDs-2). c , d Gambar yang diperbesar dari satu CQD a dan b , masing-masing
Seperti yang kita ketahui, spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) adalah alat yang ampuh untuk pengukuran dan pemahaman komposisi unsur dan konten CQD, terutama untuk pemeriksaan fitur modifikasi permukaan CQD seperti gugus fungsi. pada permukaan CQD [25]. Pada Gambar. 2, spektrum penuh XPS untuk CQD-1 dan CQD-2 disajikan dan temuan terkait ditunjukkan. Kami melihat bahwa CQD yang diukur di sini terutama mengandung C (dengan energi ikat khas C ls = 284.8 eV), N (dengan energi ikat khas N ls = 400 eV), dan O (dengan energi ikat khas O ls = 532 eV ). Unsur-unsur lain seperti S dan P (Na dan Cl) juga dapat ditemukan di CQDs-1 (CQDs-2). Akibatnya, kita melihat bahwa CQDs-1 terutama terdiri dari unsur-unsur C, N, O, S, dan P, di mana rasio atom unsur-unsur ini adalah C1s:O1s:N1s:S2p:P2p = 61.0:29.6:8.5 :0.5:0.4. Kita juga melihat bahwa CQDs-2 terutama terdiri dari unsur-unsur C, O, N, Na, dan Cl. Rasio atom unsur-unsur ini adalah C1s:O1s:N1s:Na1s:Cl2p = 66.7:26.2:6.8:0.1:0.1. Karena air limbah tahu itu sendiri mengandung klorida dan sulfat yang disebabkan oleh proses pembuatan tahu, ada spektrum sinyal S dan Cl yang agak luas pada Gambar 2. Selain itu, karena CQDs-2 adalah untuk CQD dalam larutan NaOH di mana NaOH dapat memainkan peran berperan sebagai pasivasi CQD, ada sinyal Na di panel bawah Gambar. 2.
Spektrum penuh XPS untuk CQD-1 (panel atas) dan CQD-2 (panel bawah), masing-masing, di mana konten elemen yang diperoleh ditunjukkan
Pada Gambar. 3, kami menunjukkan spektrum C1s resolusi tinggi untuk CQDs-1 dan CQDs-2, masing-masing, dilengkapi dengan energi ikat Cls. Dapat dilihat dari spektrum C1s pada panel atas Gambar 3 bahwa tiga ikatan kimia C–C/C=C pada 284,7 eV, C–O pada 286,08 eV, dan C=O pada 287,86 eV terdapat dalam CQDs-1 . Ada empat ikatan kimia C–C pada 284,8 eV, C–O pada 286,16 eV, C=O pada 288 eV, dan COOH pada 289,14 eV terdapat dalam CQDs-2, seperti yang ditunjukkan pada panel bawah Gambar 3. Dari Hasil XPS ditunjukkan pada Gambar. 3, kita belajar bahwa perbedaan mendasar antara CQDs-1 dan CQDs-2 adalah isi ikatan C–O dan C=O pada permukaan CQD dalam larutan air dan NaOH, masing-masing. Diketahui bahwa OH
−
dalam larutan NaOH dapat berpasangan dengan ikatan C–O dan C=O pada permukaan CQDs untuk membentuk COOH dan gugus karboksil dan, dengan demikian, untuk mengurangi kandungan gugus C–O dan C=O dalam CQDs-2. Inilah alasan utama mengapa kandungan ikatan C–O dan C=O di CQDs-1 jauh lebih tinggi daripada yang ada di CQDs-2.
Spektrum C1s resolusi tinggi untuk CQDs-1 (panel atas) dan CQDs-2 (panel bawah), masing-masing, dilengkapi dengan energi ikat C1
Dalam penelitian ini, kami mengambil pengaturan eksperimental standar untuk mengukur emisi photoluminescence (PL) dari CQD yang direalisasikan dari air limbah tahu dalam bandwidth yang terlihat. Sistem fluoresensi HORIBA (AS) diterapkan untuk pengukuran, di mana lampu xenon diambil sebagai sumber cahaya eksitasi pita lebar, kromator tunggal GEMIMI 180 digunakan untuk memilih panjang gelombang pemompaan optik, dan spektrometer kisi iHR320 bersama dengan pengganda fotolistrik detektor tabung (PMT) digunakan untuk merekam spektrum emisi cahaya dari sampel. Pengukuran dilakukan pada suhu kamar. Pada Gambar. 4, kami menunjukkan spektrum emisi PL untuk CQDs-1 di panel atas dan CQD-2 di panel bawah pada panjang gelombang eksitasi yang berbeda λmantan . Untuk pengukuran PL, perekaman intensitas pancaran cahaya sering dimulai setelah panjang gelombang eksitasi untuk menghilangkan kerusakan detektor PMT. Dengan demikian, telah ada cutoff pada kurva spektrum PL pada Gambar 4. Kami melihat fitur berikut:(i) Intensitas emisi PL pertama meningkat kemudian menurun dengan meningkatnya panjang gelombang eksitasi. Emisi PL terkuat dapat diamati pada sekitar λmantan ~ 410 nm untuk CQD-1 dan 480 nm untuk CQD-2, masing-masing. (ii) Posisi panjang gelombang puncak λem dalam spektrum PL bervariasi dengan mengubah panjang gelombang eksitasi untuk kedua CQDs-1 dan CQDs-2. Dalam sisipan Gambar. 4, kami menunjukkan λem sebagai fungsi dari λmantan sehingga kita dapat melihat lebih jelas bagaimana puncak PL bergeser dengan panjang gelombang eksitasi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4, λem meningkat secara monoton dengan λmantan untuk CQD-1 dan CQD-2. (iii) Dalam rezim panjang gelombang eksitasi yang relatif lebih pendek, dua puncak PL dapat diamati untuk CQDs-1, sedangkan hanya satu puncak PL yang dapat dilihat untuk CQDs-2 pada rezim panjang gelombang 420–510 nm. (iv) CQDs-1 dapat menghasilkan spektrum PL yang lebih luas daripada yang dapat dilakukan CQDs-2. (v) Panjang gelombang puncak PL yang diinduksi oleh CQDs-1 lebih pendek daripada yang diinduksi oleh CQDs-2. Pada panjang gelombang eksitasi 410 nm, fluoresensi biru dapat dicapai dengan CQDs-1, sedangkan pada panjang gelombang eksitasi 480 nm, fluoresensi hijau dapat dilihat untuk CQDs-2. (vi) Fluoresensi CQDs-1 dengan kandungan doping-N 8,5% lebih tinggi daripada CQDs-2 dengan kandungan doping-N 6,8%. Alasan mengapa emisi PL meningkat dengan kandungan N-doping CQD adalah bahwa N-doping dapat memperkenalkan jenis baru dari keadaan permukaan. Elektron yang terperangkap oleh keadaan permukaan yang baru terbentuk mampu memfasilitasi hasil rekombinasi radiasi yang tinggi [24]. Hasil PL yang diperoleh dari penelitian ini menunjukkan bahwa emisi cahaya biru dan hijau dapat dicapai masing-masing oleh CQDs-1 dan CQDs-2, di bawah pemompaan optik.
Spektrum PL untuk CQDs-1 di panel atas dan CQDs-2 di panel bawah pada panjang gelombang eksitasi yang berbeda λmantan . Di panel atas, λmantan adalah 370 nm (merah), 380 nm (hijau), 390 nm (biru), 400 nm (biru muda), 410 nm (merah muda tua), 420 nm (kuning), 430 nm (hijau muda), 440 nm (gelap hijau), 450 nm (merah muda), dan 490 nm (hijau zaitun tua). Di panel bawah, λmantan adalah 420 nm (oranye), 440 nm (biru), 460 nm (kuning), 480 nm (merah), 490 nm (hijau), 500 nm (merah muda), dan 510 nm (hijau zaitun tua). Sisipan menunjukkan panjang gelombang puncak dalam spektrum PL, λ em, sebagai fungsi dari panjang gelombang eksitasi
Saat ini, mekanisme fisik untuk emisi cahaya yang diinduksi foton dari CQD masih belum jelas. Namun, hasil yang diperoleh dari penyelidikan terkait [12, 26, 27] telah menunjukkan bahwa modifikasi permukaan CQD oleh gugus fungsi amino dan karboksil dapat memainkan peran penting untuk emisi PL dari CQD. Fitur spektrum PL CQD ditentukan tidak hanya oleh ukuran partikel CQD [1] tetapi juga oleh sifat permukaan CQD [26, 27]. Berdasarkan hasil XPS dan PL kami yang diperoleh dari penelitian ini, kami sekarang membahas mekanisme fisik di balik temuan eksperimental yang ditunjukkan pada Gambar. 4 untuk CQD yang direalisasikan dari air limbah tahu. Kita tahu bahwa struktur pita elektronik CQD sangat mirip dengan semikonduktor celah pita langsung. Namun, untuk CQD yang disintesis dari air limbah tahu dalam larutan yang berbeda seperti air dan NaOH, terdapat gugus fungsi berbasis ikatan C–O, C = O, dan COOH pada permukaan CQD, seperti yang ditunjukkan oleh hasil XPS pada Gambar. 3. Keadaan energi gugus fungsi ini adalah keadaan permukaan yang terletak di antara pita konduksi dan valensi CQD. Mereka memainkan peran seperti keadaan perantara, sangat mirip dengan keadaan pengotor dalam semikonduktor celah pita langsung. Di hadapan medan cahaya eksitasi, elektron di pita valensi CQD dipompa ke pita konduksi melalui mekanisme penyerapan optik. Karena posisi puncak PL dalam spektrum tergantung pada panjang gelombang eksitasi, emisi PL melalui mekanisme eksitonik [28] tidak berlaku untuk CQD ini. Oleh karena itu, emisi cahaya yang diinduksi foton dari CQD merupakan konsekuensi dari emisi foto langsung yang disebabkan oleh transisi elektronik dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. Seperti yang kita ketahui, elektron biasanya dengan waktu relaksasi yang lebih cepat atau lebih kecil di tingkat energi yang lebih tinggi daripada di tingkat energi yang lebih rendah. Hasil dari pengukuran XPS dan PL kami menunjukkan bahwa transisi elektronik radiasi dalam CQD terutama dicapai melalui relaksasi elektron dari keadaan permukaan ke pita valensi CQD. Hasil percobaan yang diperoleh menunjukkan bahwa intensitas emisi PL dari CQD yang dibuat dengan KOH jauh lebih kuat daripada yang dibuat oleh NaOH. Dengan panjang gelombang eksitasi yang sama, kami menemukan bahwa ion alkali dalam larutan basa tidak mempengaruhi posisi panjang gelombang emisi PL secara signifikan.
Untuk kasus di mana CQD berada dalam air (CDQs-1), ada dua keadaan perantara yang diinduksi oleh keadaan permukaan ikatan C–O dan C=O dan gugus fungsi terkait. Kedua keadaan permukaan ini memiliki tingkat energi yang berbeda dan aturan pemilihan yang sesuai untuk transisi elektronik radiasi, yang bertanggung jawab atas emisi PL dengan dua panjang gelombang emisi di bawah eksitasi cahaya dengan panjang gelombang yang relatif pendek. Elektron terfotoeksitasi dalam keadaan energi yang lebih tinggi dalam pita konduksi CQD pertama-tama dengan cepat rileks ke keadaan permukaan melalui mekanisme relaksasi non-radiatif seperti hamburan elektron-fonon dan interaksi elektron-elektron. Ketika waktu relaksasi elektronik non-radiatif untuk elektron di keadaan permukaan lebih lama atau lebih besar dari waktu relaksasi elektronik radiasi, elektron ini dapat kembali ke pita valensi dan memancarkan foton. Dengan penurunan panjang gelombang pemompaan, lebih banyak keadaan di pita valensi dan terutama di pita konduksi dapat mengambil bagian dalam proses pemompaan, relaksasi, dan emisi cahaya ini dan, dengan demikian, panjang gelombang puncak dalam spektrum emisi cahaya berkurang dengan panjang gelombang eksitasi. Oleh karena itu, panjang gelombang pancaran cahaya bergantung pada panjang gelombang cahaya eksitasi. Peningkatan panjang gelombang puncak emisi cahaya dengan panjang gelombang eksitasi menyiratkan bahwa waktu relaksasi elektronik non-radiatif meningkat dengan menurunkan tingkat energi di keadaan permukaan. Untuk eksitasi cahaya dengan panjang gelombang yang relatif panjang, elektron yang terfotoeksitasi dalam CQD dengan cepat direlaksasi dari pita konduksi ke tingkat energi yang lebih rendah dari keadaan permukaan dan memancarkan foton. Kemungkinan emisi foton dari tingkat energi yang lebih tinggi dari keadaan permukaan menjadi cukup rendah sehingga efeknya tidak dapat diukur secara nyata.
Untuk kasus di mana CQD berada dalam larutan NaOH (CDQs-2), hanya ada satu keadaan peralihan untuk transisi elektronik radiasi. Karena isi ikatan C–O dan C=O dan gugus fungsi terkait relatif rendah dalam kasus ini, keadaan permukaan radiasi terutama disebabkan gugus berbasis COOH untuk CQDs-2. Akibatnya, hanya satu puncak emisi PL yang dapat diamati. Karena tingkat energi keadaan permukaan yang diinduksi oleh ikatan C–O dan C=O dan gugus fungsi terkait biasanya lebih tinggi daripada yang diinduksi oleh gugus COOH, emisi PL dengan panjang gelombang yang lebih pendek dapat diamati untuk CQDs-1. Inilah alasan utama mengapa CQDs-1 dapat memancarkan cahaya biru sedangkan CQDs-2 dapat memancarkan cahaya hijau di bawah eksitasi optik.
Efisiensi kuantum Q fluoresensi untuk CQDs-1 dapat dievaluasi dari data eksperimen melalui [29, 30]
$$ Q={Q}_{\mathrm{s}}\times \frac{I_{\mathrm{s}}}{I}\times \frac{A}{A_{\mathrm{s}}}\ times \frac{\eta^2}{{\eta_{\mathrm{s}}}^2} $$ (1)
Ini Qs adalah efisiensi kuantum fluoresensi untuk sampel standar untuk referensi. Di bawah panjang gelombang eksitasi tetap pada, misalnya, 364 nm, I dan Akus adalah intensitas emisi terintegrasi dari sampel CQDs-1 dan sampel standar, masing-masing. A dan As masing-masing adalah absorbansi sampel yang disiapkan dan sampel standar pada panjang gelombang eksitasi yang sama. η dan ηs masing-masing adalah bias dari sampel yang disiapkan dan sampel standar. Ditemukan bahwa efisiensi kuantum fluoresen CQDs-1 adalah sekitar 54,49%. Karena kami tidak dapat menemukan sampel referensi untuk CQDs-2, efisiensi kuantum fluoresen CQDs-2 tidak dievaluasi dalam penelitian ini.
Kesimpulan
Dalam penelitian ini, kami telah membuat titik kuantum karbon (CQDs) dari air limbah yang diinduksi selama produksi tahu. Kami telah menunjukkan bahwa air limbah tahu merupakan sumber bahan baku yang baik dalam pembuatan CQD. CQD fluoresen dapat dibuat hanya melalui reaksi hidrotermal untuk mengkarbonisasi bahan organik dalam serofluida kuning air limbah tahu. Ukuran rata-rata CQD yang disintesis dari air limbah tahu bisa mencapai 3,5 nm. Kami telah memperoleh dua jenis CQD dalam air deionisasi dan larutan NaOH, masing-masing. Mereka dapat memancarkan lampu biru dan hijau, masing-masing, di bawah iradiasi UV. Dari spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) diketahui bahwa perbedaan mendasar antara kedua jenis CQD ini adalah kandungan ikatan C–O dan C=O pada permukaan CQD. Perbedaan ini dapat menyebabkan perbedaan fitur spektrum photoluminescence (PL) dari CQD. Berdasarkan hasil yang diperoleh dari pengukuran XPS dan PL, kami telah mengusulkan mekanisme dalam memahami dan menjelaskan emisi cahaya yang diinduksi foton dari CQD. Salah satu kesimpulan paling signifikan yang diperoleh dari penelitian ini adalah bahwa penggunaan air limbah tahu untuk mensintesis CQD tidak hanya membantu memberikan solusi masalah lingkungan yang disebabkan oleh air limbah tetapi juga menjanjikan untuk produksi massal CQD yang sederhana dan berbiaya rendah untuk aplikasi bio dan optik. Sejauh ini kami telah berhasil memperoleh CQD fluoresen biru dan hijau dari air limbah tahu. Tantangan pekerjaan kami saat ini adalah mendapatkan CQD yang dapat memancarkan cahaya merah di bawah pemompaan optik.
