Coal-Derived Carbon Quantum Dot-Silica Hybrid Phosphors for Single-Component White Light Emission and Low-Cost Solid-State Lighting

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Materials scientists can learn about a novel synthesis route for white-light phosphors using coal-derived carbon quantum dots.

🏢実務担当者:Lighting manufacturers may find a low-cost, scalable alternative for solid-state lighting components.

石炭の持続可能な高付加価値化による先進機能性炭素材料への転換は、従来のエネルギー利用を超えた炭素資源の応用範囲を拡大するための重要な戦略である。本研究では、豊富な炭素質前駆体を用いた限外濾過支援による温和な酸化アプローチにより、石炭由来カーボン量子ドット（C-CQDs）を合成した。調製したC-CQDsは、その後、ワンポットゾル−ゲル戦略によりシリカおよびアミノ官能化シリカマトリックスと統合され、単一成分の白色発光固体状態（SS）蛍光体を開発した。CQDsを含まない参照試料も調製し、発光挙動の制御におけるC-CQDsの役割を解明した。C-CQDsの組み込みにより、可視領域全体に及ぶブロードバンド発光が可能となり、効率的な白色光生成が達成された。注目すべきことに、アミノ官能化前駆体を用いた場合、ゾル−ゲル反応は従来の塩基触媒なしで進行し、C-CQDsの表面官能基が加水分解および縮合反応を促進する自己触媒的役割を果たすことが強調された。調製した材料のうち、シリカとアミノ官能化シリカの両方を含む複合材料（AS-CQDおよびAS-CQD-WE）は、それぞれ（0.30, 0.34）および（0.30, 0.35）の国際照明委員会（CIE）座標を示し、純粋な白色光に近い値であった。両試料の相関色温度（CCT）はそれぞれ6976 Kおよび6987 Kであり、冷たい昼光に対応する。白色発光デバイスの試作機は、3Dプリント筐体内の365 nm UV LEDと組み合わせた独自のSS蛍光体を用いて作製され、実用的な応用可能性が実証された。開発した蛍光体は、ヒト細胞に対する低細胞毒性と、150 °Cまでの熱安定性を示し、顕著な質量損失なしに構造的完全性を維持した。さらに、白色発光デバイス（WLED）の指標となるユニット製造コスト（₹60.9）は、本アプローチの経済的実現可能性を強調している。全体として、本研究は、石炭をSS蛍光体へ変換するためのスケーラブルで環境に優しい戦略を提示し、石炭由来CQDsをエネルギー効率の高い照明および持続可能なオプトエレクトロニクス応用のための有望な材料として位置づけるものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The sustainable valorization of coal into advanced functional carbon materials represents an important strategy for expanding the application landscape of carbon resources beyond conventional energy uses. In this work, coal-derived carbon quantum dots (C-CQDs) were synthesized via an ultrafiltration-assisted mild oxidation approach using an abundant carbonaceous precursor. The as-prepared C-CQDs were subsequently integrated with silica and amino-functionalized silica matrices through a one-pot sol−gel strategy to develop single-component white-light-emitting solid-state (SS) phosphors. Reference samples were also prepared, which do not contain CQDs, to elucidate the role of C-CQDs in governing emission behavior. The incorporation of C-CQDs enabled broadband emission spanning the entire visible region, leading to efficient white light generation. Notably, the sol−gel reaction proceeded without a conventional base catalyst when amino-functionalized precursors were employed, highlighting the self-catalytic role where the surface functional groups of C-CQDs facilitate hydrolysis and condensation reactions. Among the prepared materials, the composites containing both silica and amino-functionalized silica (AS-CQD and AS-CQD-WE) exhibited Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) coordinates of (0.30, 0.34) and (0.30, 0.35), respectively, which are close to pure white light. The correlated color temperatures (CCTs) for both samples are 6976 and 6987 K, respectively, corresponding to cool daylight. A prototype of the white-light-emitting device was fabricated using indigenous SS phosphors combined with a 365 nm UV LED within a 3D-printed enclosure, demonstrating potential practical applicability. The developed phosphors showed low cytotoxicity toward human cells and thermal stability up to 150 °C maintaining structural integrity without appreciable mass loss. Furthermore, the indicative unit fabrication cost (₹60.9) of the white-light-emitting device (WLED) highlights the economic feasibility of the approach. Overall, this study presents a scalable and environmentally benign strategy for transforming coal into SS phosphors, positioning coal-derived CQDs as promising materials for energy-efficient lighting and sustainable optoelectronic applications.

• openalex https://doi.org/10.1021/acsaem.6c00876first seen 2026-06-04 05:00:14 · last seen 2026-06-17 07:12:35