纳米碳量子点（CDs）具有十分优越的特性，这使得它们在例如光学传感、光生伏特以及生物成像等一系列领域中有着巨大的应用前景。然而，为了成功地将这种零维纳米材料投入实际应用，我们仍需进一步理解其光致发光原理以及光致电荷的具体转移过程。
为实现这一目的，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）的学者们对于碳点的光物理特性分别在其单一粒子水平以及整体（bulk）状态下进行了深入研究。这些碳点均通过一些分子进行了表面钝化，这些分子分别作为电子受体或电子给体。
在研究初期，研究人员通过透射电镜（TEM）对样品进行了表征，结果表明许多碳点团聚成了环状结构。然而通过TEM测得的颗粒直径与由动态光散射技术测得的结果并不一致，这很可能是由于TEM样品制备过程中引入的误差导致的。为了实现更高分辨率的表征以及更准确的颗粒尺寸测量，研究人员们决定使用原子力显微镜对样品进行进一步的研究。AFM原子力显微镜的高分辨率成像结果表明环状结构与棒状结构同时存在。并且与TEM的结果相比，原子力显微镜测得的环状结构其尺寸与形状都更均一。
研究人员还使用了一系列其它技术并结合密度泛函理论（DFT）计算。实验结果表明形成什么样的结构是由许多实验变量决定的，诸如时间、颗粒浓度、以及氢键结合等。结合所有实验结果，研究人员认为碳点聚集态（bulk state）的光物理特性受到其形成的分层结构的影响。