탄소양자점은 탄소를 주된 구성원소로 하고, 10 nm이하의 크기를 가지는 입자로서, 높은 친환경성, 친수성, 저렴한 가격, 화학 및 광 안정성, 형광 특성 조절에 대한 용이함 등의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 폐종이컵을 전구체로 사용한 탄소양자점을 수열 합성법을 사용하여 합성하였다. 탄소양자점의 표면형상 및 구조 분석을 통해 탄소양자점이 구형이고, 2 nm의 평균 크기를 가지는 것을 확인하였으며, 결정구조가 형성됨을 확인하였다. 탄소양자점의 광 흡수 특성 및 형광특성을 분석한 결과, 탄소양자점은 자외선 영역의 광을 흡수하여 345 nm에서 여기하고 447 nm 파장의 청색 발광하며, 여기 광에 파장에 의존적인 발광 특성을 가졌다. 이렇게 합성된 탄소양자점 용액에 다양한 중금속이온과 농도에 따라 각각 첨가하여 형광 특성을 측정한 결과, 철 이온(Fe<SUP>3+</SUP>)에 대하여 높은 형광 세기 감소가 발생하였고, 철 이온의 검출 한계는 21.7 nM로 계산되었다. 철 이온이 첨가된 탄소양자점의 광 흡수 특성 및 형광 감쇠특성을 비교한 결과, 광 유도 전자 전달에 의하여 탄소양자점의 형광세기가 감소함을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여, 폐종이컵에서 유래된 탄소양자점이 Fe<SUP>3+</SUP> 이온의 탐지 및 헤모글로빈 분자의 탐지에 응용이 가능함을 제시하였다.
Carbon dots, which is one of carbon nanomaterials and their size is below 10 nm, have advantages in environmental-friendly, hydrophilic properties, cheap price, facile bandgap control, high chemical- and photo-stability. In this study, the carbon dots originated from wasted paper cup were synthesized by using a hydrothermal synthesis. The morphological and structural analysis of the carbon dots show that spherical particles were formed with 2 nm of average size and crystal lattice. The carbon dots behave dominant blue emission at 447 nm (under 345 nm excitation), excitation dependent emission characteristics. Since the Fe<SUP>3+</SUP> ions were dissolved in carbon dots solution, the luminescence intensity of carbon dots shows highest decreased among various heavy metal ions, and the limit of detection of carbon dots were calculated to be 21.7 nM. The decrease of luminescence is originated from photoinduced electron transfer between carbon dots and Fe<SUP>3+</SUP>ions. These results indicate that the carbon dots derived from wasted paper cup can be applied as the luminescent sensor for Fe<SUP>3+</SUP> ions and hemoglobin detection.