傅立叶红外光谱图

一、傅立叶红外光谱的 “工作逻辑”：为何能识别官能团

傅立叶红外光谱的核心原理是分子振动吸收。不同化学基团（如羟基、羧基、氨基）的原子间化学键具有特定的振动频率，当红外光的频率与这些振动频率匹配时，就会被分子吸收，形成特征性的吸收峰。通过记录这些吸收峰的位置（波数，单位 cm⁻¹）和强度，就能 “按图索骥” 推断碳点表面存在的官能团。 

与拉曼光谱相比，红外光谱对极性基团（如 O-H、C=O）的识别更为灵敏，而碳点表面恰好富含这类由制备原料（如柠檬酸、葡萄糖）衍生的极性基团，因此 FTIR 成为研究碳点表面化学性质的 “标配工具”。

二、碳点红外光谱图的关键官能团的特征峰 

碳点的红外光谱图中，以下几类官能团的特征峰最为常见，也是解读的重点：

羟基（-OH）与氨基（-NH₂）：这两类基团的伸缩振动峰通常出现在 3000-3600 cm⁻¹ 区间。羟基的吸收峰往往较宽（因氢键作用），而氨基的吸收峰相对尖锐，且可能呈现双峰（对称与不对称伸缩振动）。若该区间有强吸收，说明碳点表面富含亲水性基团，这也是碳点能稳定分散在水中的重要原因。 

羧基（-COOH）：羧基的特征峰有两个 “标志”：一是 1700-1725 cm⁻¹ 处的 C=O 伸缩振动峰，二是 1200-1300 cm⁻¹ 处的 C-O 伸缩振动峰。如果碳点是通过氧化法制备（如硝酸氧化），这个区间的吸收峰通常会非常明显，表明表面存在大量羧基，这类碳点往往具有良好的水溶性和表面修饰活性。 

碳骨架与杂原子基团：C-C 键的伸缩振动峰多在 1000-1600 cm⁻¹ 区间，而 C-N 键、C-O 键的吸收峰常与其他峰重叠，需要结合其他区间信号综合判断。例如，1600-1650 cm⁻¹ 附近的吸收峰可能来自 C=C 键（碳点的共轭结构）或酰胺键（-CONH-）的伸缩振动，需结合 3000 cm⁻¹ 以上的氨基信号进一步区分。 

甲基 / 亚甲基（-CH₃/-CH₂-）：这类饱和烃基的伸缩振动峰出现在 2800-3000 cm⁻¹ 区间，若碳点经长链烷基修饰（如用于油相分散），该区间会出现明显吸收，反之则可能因原料中不含长链碳而信号较弱。

三、从峰位变化看碳点特性 

解读碳点红外光谱时，不仅要识别特征峰，更要关注峰位和强度的变化，这些变化往往与碳点的制备工艺、性能调控密切相关： 

峰位偏移揭示相互作用：例如，当碳点表面的羟基与金属离子配位时，O-H 键的振动受到抑制，3000-3600 cm⁻¹ 区间的吸收峰会向低波数方向偏移（红移），且强度减弱。这种变化可用于验证碳点与金属离子的配位作用。 

峰强对比反映基团含量：通过比较不同碳点样品中同一官能团的峰强度，能推断基团含量差异。比如，水热反应时间延长时，羧基的 C=O 峰（1720 cm⁻¹）强度可能降低，而 C-O 峰（1250 cm⁻¹）强度增加，这可能是因为部分羧基脱水转化为醚键（-O-）。 

新峰出现提示修饰成功：若对碳点进行表面修饰（如接枝氨基硅烷），光谱中会新增 Si-O-C（1050 cm⁻¹ 左右）或 Si-C（800 cm⁻¹ 左右）的特征峰，这是修饰成功的直接证据。

四、那些容易混淆的信号 

红外光谱的解读并非易事，以下几点需要特别注意： 

峰的重叠问题：碳点表面官能团丰富，不同基团的吸收峰可能重叠（如 C=C 与 C=O 峰可能在 1600 cm⁻¹ 附近重叠），此时需结合其他表征（如 X 射线光电子能谱 XPS）辅助判断。 

样品状态的影响：若碳点样品中残留水分，3400 cm⁻¹ 附近会出现强而宽的水峰，可能掩盖羟基信号，因此测试前需充分干燥样品。 

基底干扰：使用 KBr 压片法测试时，若 KBr 受潮，会引入水峰；而液体池测试时，溶剂（如乙醇）的吸收峰也可能干扰信号，需提前扣除背景光谱。