清華大學化學系曹化強課題組創新地提出利用光催化反應阻礙光生載流子復合的方法，證明熒光非閃爍量子點的熒光源自于單個量子點，結合光生載流子的躍遷過程以及光催化反應機理探究了單個量子點的催化反應過程。該研究為確定單個量子點提供了一個全新的方法，而且為單個量子點的光學特性研究以及催化反應動力學探索開辟了新的研究方向。 研究結果 “Single Non-Blinking Graphene Quantum Dots Identified by Single-Particle Catalysis”發表在國際學術期刊《Advanced Optical Materials 》。

能譜分析平臺利用原子力顯微鏡對石墨烯量子點（Graphene Quantum Dots，GQDs）的層數進行了表征，并建立了與共聚焦顯微鏡測試相結合的方法，通過判斷量子點發出的熒光變化來確定單個量子點，證實了熒光來自單個GQDs，而不是簇。GQDs的原子力顯微鏡(AFM)圖像(圖1c)和統計分布表明，GQDs的厚度主要在1.5-3.0 nm之間(圖2a)，大多數(接近≈85%)GQDs有3-7層(圖2b)。

普通的共聚焦顯微鏡可以反映量子點的光學性質，但不能直接觀察到量子點的小尺寸和精確位置，而AFM測量可以直接檢測到納米尺度上的小量子點。因此，結合兩者的表征方法，可以根據AFM和共聚焦測試之間的一一對應關系。為確定共聚焦顯微鏡圖像中的明亮熒光斑點是來自單個GQDs還是它們的聚集，使用AFM對同一區域進行成像。嘗試多種有明顯標記的基底后，最終采用有劃痕標記的云母作為基底制備樣品，分別用AFM和共聚焦顯微鏡定位相同區域，將共聚焦光學圖像(圖3e右下角)和同一區域的AFM測量結果(圖3e)結合在一起，可以發現兩個圖像中的每個點具有相同的粒子間距離，這表明單個發光點是由單個GQDs而不是簇發射的。

圖1. 石墨烯量子點形貌以及結構表征。（a）TEM圖像；（b）HRTEM圖像；（c）AFM圖像

圖2. 石墨烯量子點的厚度測量。 （a）AFM圖像中石墨烯量子點的高度分布 ；（b）對應的層數分布

圖3. 單個石墨烯量子點的光學特性表征。（a）單個量子點熒光光譜測試；（b）單個量子點熒光時序圖測試及其相應分布直方圖；（c）量子點時間分辨熒光測試；（d）量子點反聚束測試；（e）AFM/Confocal聯用證實熒光來自單個量子點