基于CiteSpeace对碳量子点研究进展的可视化分析

2023-06-22閤雪晴宋亚星高美美聂钰湘黄宏妙

现代信息科技 2023年2期

閤雪晴宋亚星高美美聂钰湘黄宏妙

摘要：通过中国知网（CNKI）数据库检索2016—2022年碳量子点相关的中文文献，使用CiteSpace软件针对碳量子点研究进展进行可视化分析，对碳量子点相关论文的发文量、合作作者、合作机构以及关键词的突现、共现、聚类进行了研究。625篇中文文献纳入研究中，分析发现，作者马红燕的发文量最多，16篇；相关文章发表最多的机构是延安大学化学与化工学院延安市分析技术与检测重点实验室，有16篇；文献关键词主要集中在碳量子点的荧光，表明碳量子点的荧光或为研究热点。

关键词：碳量子点；文献计量学；应用；可视化分析

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）02-0107-05

Visual Analysis of Research Progress of Carbon Quantum Dots Based on CiteSpace

XIA Xueqing， SONG Yaxing， GAO Meimei， NIE Yuxiang， HUANG Hongmiao

（College of Pharmacy， Guangxi University of Chinese Medicine， Nanning 530200， China）

Abstract： The CNKI database is used to search Chinese literatures related to carbon quantum dots from 2016 to 2022， and CiteSpace software is used to conduct the visual analysis of the research progress of carbon quantum dots. The number of published papers， co-authors， cooperative institutions， and keywords emergence， co-occurrence and clustering are studied. The 625 Chinese literatures are included in the research， and it is found that the number of published papers of author Ma Hongyan is the most with 16. Yan 'an Key Laboratory of Analytical Technology and Detection， School of Chemistry and Chemical Engineering， Yan 'an University， has published the most relevant papers with 16.The keywords in the literature mainly focus on the fluorescence of carbon quantum dots， indicating that the fluorescence of carbon quantum dots may be a research hotspot.

Keywords： carbon quantum dot; bibliometrics; application; visual analysis

0 引言

碳量子點是一种新型[1]的碳纳米材料[2]，纳米材料具有许多的优良性质，在很多应用领域中具有很大的优势，将碳引入纳米材料的应用当中具有很大的价值，可减少碳资源的浪费，对于碳量子点的研究引起了国内外学者的广泛关注[3]，成为碳纳米材料的研究热点。研究发现，碳量子点不仅合成工艺简单[4]，体积小[5]，表面易于修饰，还具有荧光性，光稳定性，热稳定性，化学结构稳定性以及良好生物相容性和优异水溶性[6]及低毒性[7]的特点，因此，碳量子点被广泛应用于生物医学和其他领域。碳量子点将来源广的碳资源与性能优良的纳米材料结合起来，是纳米材料领域里面的一个新突破，成为研究的热点材料。关于碳量子点的制备，表征，特点及生物应用[8]的研究具有很重要的意义。近年来，有大量关于研究碳量子点的相关论文发表，但是几乎没有关于碳量子点研究进展可视化分析研究的文献。

CiteSpace软件的可视化分析运用了文献计量学，以碳量子点相关文献为研究的资料，用数学和统计学的定量方法，对相关文献的数量关系、分布规律及文献之间的内在联系进行了研究，通过CiteSpace[9]软件实现了对碳量子点研究进展相关文献可视化分析。CiteSpace由美国德雷塞尔大学信息科学与技术学院的华人学者陈超美博士开发，主要用于计量和分析科学文献数据的信息可视化软件[10]，该软件可以分析绘制各种研究领域的信息全景，还可以识别某个领域中最关键的文献以及研究热点和发展方向，目前已在多个领域得到广泛应用[11]。在这个探索分析中，CiteSpace软件对碳量子点研究的相关文献的作者、机构和关键词进行了可视化分析，并绘制可视化分析得出的图谱。运用CiteSpace软件可以快速地整理出碳量子点研究的基础及其发展演化，并且能够分析碳量子点的研究热点，还可以预测碳量子点技术未来的前沿方向。

1 研究资料与研究方法

1.1 数据资料

在CNKI[12]数据平台上，设置主题为碳量子点，检索2016年1月1日至2022年3月20日时间段中的相关文献。由于早期关于碳量子点的探究处于摸索阶段，相对而言，近期关于碳量子点的研究是比较丰富全面成熟的，尤其是近五年来，越来越多的学者对碳量子点开展了研究，另一方面，通过查询，发现国外关于碳量子点的研究文献是比较多的，但是可以看到许多研究的点与中国是有所重合的，并且这里主要想对中国国内关于碳量子点研究现状进行一个分析，所以排除了外文文献，以及中国国内早期关于碳量子点研究的文献，将纳入标准确定为近五年碳量子点的相关研究，共检索出625篇相关文献，以Refworks格式导出这625篇文献，并在CiteSpace软件中使用格式转换功能对这625篇文献进行格式转换，以备可视化分析利用。

1.2 研究方法

运用CiteSpace软件对数搜集到的据进行可视化分析。设置情况：时间分段（time slicing）为2016-2022年，时间切片为1年；依次选择分析的节点类型（node types）为作者（author）、机构（institution）、关键词（key-words）[13]。具体设定如下：节点为作者：阈值（top Nper slice）是30，无修剪（pru-ning）；节点为机构：阈值（top Nper slice）是30，吴修剪（pruning）；节点为关键词：阈值（top Nper slice）是30，修剪（pruning）为pathfinder+pruning sliced networks+pruning the merged network。设置完各个节点的参数以后，对各个节点依次进行可视化分析展示，碳量子点研究的各种相关知识图谱生成以后，对各图谱进行分析。其中，核心作者群与高频关键词和关键词共现分析图谱中每一个节点就代表一位作者，作者之间连接的线段代表他们之间的合作关系，合作关系越紧密，线越短；作者发文量越大，节点的字体越大越深；在高频关键词和关键词共现分析图谱中中心度在知识结构的演变中扮演重要的角色，中心度大于0.1的节点在网络结构中有重要的位置，反映该研究的热点方向。关键词聚类分析图谱可以直观的显示出相关研究领域的研究热点和方向，聚类图谱的聚类模块值modularity（Q）和聚类平均轮廓值silhouette（S）这两个参数值指标，可以反映聚类图谱的好坏，一般认为Q值和S值都大于0.4时合理，且Q越大越适合聚类，聚类模块结构显著，S越大，表示聚集为一类的关键词性质越相似，聚类的可信度就越高。

2 分析结果

2.1 文献基本情况

2.1.1 文献发表情况

图1显示的是2016年至2022年关于碳量子点的研究文献在中国知网（CNKI）上的发文趋势情况。由图可以看出，关于碳量子点发文量的研究有三个阶段。第一个阶段是2016—2019年，在这4年内，碳量子点相关研究的发文数量快速递增，并于2019年发文量达到峰值，发表文章为130篇；第二个阶段为2019—2021年发文量呈波动式下降趋势；第三阶段为2021—2022年，年发文量呈现下降趋势，由于纳入的相关文献截止到2022年3月，所以2022年的发文数量比较少，文献量相较于2021年有所减少。

2.1.2 核心作者群

图2展示的是关于作者群的CiteSpace可视化分析具体情况。统计了研究碳量子点的作者以及各位作者的发文数量，在共现图谱中出现的作者共有182位，这些作者出现的频次一共有450次，由图可以直观地看出，发文量最多的是马红艳、李满秀、张越诚、任光明、孙雪花、杨亚玲、郝晓亮、田锐，他们关于碳量子点研究的发文量都大于5篇，如表1所示。

2.1.3 研究机构共现分析

对发文机构的分析如图3所示。延安大学化学与化工学院延安市分析技术与检测重点实验室为16篇，为发文量最高的研究机构；忻州师范学院化学系次之，发文15篇；辽宁科技大学化学工程学院位列第三，发文6篇；昆明理工大学生命科学与技术学院和太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室并列第四，发文5篇，如表2所示。

2.2 研究热点分析

2.2.1 关键词共现分析

图4显示的是关于高频关键词和关键词共现分析都关键词共现图谱。图谱中的共现关键词有146个，频次一共是1 161，有18个关键词在关于碳量子点研究领域的发文量大于10篇，如表3所示，碳量子点、荧光[14]、荧光探针、荧光猝灭[15]、光催化[16]是频次排在前5的关键词。在分析图谱中显示，具有较高中心性的关键词依次为碳量子点（0.94）、荧光探针（0.46）、荧光（0.32）、荧光猝灭（0.28）、氮掺杂碳量子点（0.18）。可见碳量子点研究热点主要集中在碳量子点、荧光、荧光探针、荧光猝灭、杂原子掺杂[17]等领域。

2.2.2 关键词聚类分析

146个主要中文关键词的自动聚类情况如图5所示，得到了碳量子点研究中文文献关键词的聚类网络，共有9个聚类模块，图谱的Q值为0.616，聚类非常显著；S值为0.612 3，聚类信度较高，各聚类模块中含有的关键词归纳情况以及各研究主题的总结情况如表4所示。关键词聚类图谱显示了多个聚类的重叠，这表示该部分聚类结构明显，聚类效果比较好。由图5可见#2、#3、#5均为碳量子点的应用研究，#6、#7均为碳量子点作用机制的探究。

2.2.3 关键词突现分析

图6显示了由CiteSpace软件探测碳量子点相关文献关键词得到的25个突现词，其中光催化剂、Cu2+、制备、可见光、生物成像[18]、应用、光致发光性能[19]、荧光特性、荧光猝灭法、生物质焦油是突现度排在前10的关键词。

3 讨论与展望

近年来，关于碳量子点的研究日益丰富，各研究者从不同的方面对碳量子点进行探究并总结发文。本研究对中药碳量子点近5年的研究进行文献计量及可视化分析，梳理了碳量子点研究领域的知识结构及发展历程，挖掘研究热点和前沿，可为碳量子点后续研究方向提供参考依据，以促进对它深入研究，更好地发挥它的應用价值。该领域的研究存在以下特点。

3.1 文献基本情况讨论

学术领域中文献的数量是反映该领域发展规律的重要指标，年发文量是可以体现学科或主题发展趋势的重要内容，了解年发文量有利于研究者对该学科或主题进行回顾性分析和未来展望。CiteSpace软件分析显示2016—2022年关于碳量子点研究的发文量总体看来是稳定增长的，发文量最高的年份有130篇，由此可以看出学者们在不断地挖掘关于碳量子点的应用价值。接着依次对核心作者群、研究机构进行了分析。对核心作者群进行分析，不同的线条颜色表示了不同年份的作者发文情况，深蓝色线条网络部分显示的是2016年发文的作者，湖蓝色、翠绿色、绿色、嫩绿色、黄色线条网络部分分别显示的是2017、2018、2019、2020、2021年发文的作者，各颜色线条网络显示同年份发文作者之间的合作联系比较密切，但不同年分的发文作者之间联系不大，说明不同阶段对碳量子点的研究侧重点不一，而每个阶段的研究者之间对于对方研究方面的讨论合作不多，未来关于碳量子点的研究，可以尝试与之前对碳量子点的各方面研究的学者进行探讨合作学习。关于研究机构的分析，可以看到关于碳量子点的研究机构还是比较多的，尤其是各类学校，这个情况说明了目前碳量子点研究领域的主力是各医学类高校，并且这些高校已经有了一些学术成果，但各机构之间的合作比较少，而且各机构对于碳量子点的研究侧重点也不尽相同，未来要是可以在不同机构取得一定的合作，那么不同机构对碳量子点的研究优势可能会发挥更大的作用。

3.2 研究热点讨论

关键词可以直观地反映出研究的重点，是文章主题的高度概括和浓缩。本研究中，由关键词共现分析可得荧光、荧光探针是目前关于碳量子点研究的热点。碳量子点、荧光[20]、荧光探针[21]、荧光猝灭、光催化等是本研究中的高频关键词。频次较高的关键词还有生物成像、制备、检测等。此外聚类分析显示碳量子点的应用和制备是主要的研究方面。突现词是指在短时间内出现频率骤增的关键词，突现率则是指在短时间内出现频率骤增的强度，突现词和突现率可以变现研究前沿的发展趋势，关键词突现能进一步揭示碳量子点研究的前沿变化及热点转移，还可以直观地展示研究前沿之间的演进路径和交互关系，统计显示近年国内学者主要侧重碳量子点的制备、表征、特点及其应用研究，提示碳量子点结合技术，预测靶向治疗可能是未来研究的重点。本文基于CiteSpace对CNKI中文数据库中碳量子点领域相关文献进行了可视化分析，虽然统计的结果可能存在一定的主观性，且可视化图像一般为二维图像，想要了解更完整的信息有待更深入的研究，但CiteSpace随着科技的不断发展和信息技术的不断完善会不断向前发展，而关于碳量子点的研究分析会越来越精细，关于它的研究方向及热点会越来越清晰。

3.3 展望

关于碳量子点的研究及分析，可以看到碳量子点具有许多传统医药材料所不具备的优点，比如它的制备简洁易得，还有它本身所具有的荧光性、低毒性、高生物相容性等特点，可以尝试与传统药物结合，尤其是与传统的中医药的结合，可以更有效更好的发挥它的作用，尤其是它在生物医药领域的价值，比如生物成像、药物[22]及其他成分或离子的检测、药物负载[23]，甚至可以挖掘它本身的抗菌[24]抗炎[25]抗肿瘤[26]活性作用。而这个CiteSpace 5.6.R5软件就对碳量子点未来的研究趋势起到了非常重要的作用。

4 结论

本文运用了CiteSpace软件的文献计量学方法，对中国知网数据库中关于碳量子点这一主题研究的相关文献进行了系统分析，通过知识图谱的形式展现了关于碳量子点领域核心作者、机构合作以及研究热点概况，得出基于碳量子点荧光及医学应用可作为未来研究的重点，并对其在生物医学上的研究进行了展望。对碳量子点的应用价值进行更全面系统地挖掘，对于碳量子点关于疾病的治疗具有重要的指导意义。

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