论文部分内容阅读
碳点(carbon dots, CDs)是2004年问世的一种新型荧光纳米材料，粒径通常小于10nm，抗光漂白，生物相容性好。碳点的合成原料来源广泛，合成方法多样，可根据实际需求选择合适的碳源和合成方法，得到合适的碳点。并且通过碳点功能化、杂原子掺杂等途径，可改善碳点荧光量子产率以及调节表面状态，适于不同的用途。目前，碳点已广泛应用于化学、生物、医药、环境等领域。环境是人类赖以生存的基本介质，直接影响人类的身体健康和生存质量。当今社会快速发展，环境污染问题突出，因此环境污染物的检测及其去除引起人们广泛关注。
碳点作为一种性能优异的荧光探针，检测灵敏度高，操作简单，在环境污染物检测分析上已有一定应用。同时，某些碳点或其复合材料还具备去除污染物功能。但是，这些应用往往以单一模式存在，未能完全发挥碳点的使用性能。为降低环境污染物检测去除的成本，深入碳点的多模式应用，开发“一种碳点，多重应用”是目前相关研究领域的热点之一。
本文以环境污染物的检测和去除为目标，设计合成了三类N,S或N掺杂的碳点，并对碳点及相关微纳材料的多重应用开展了系统研究。具体内容如下：
第一章，以柠檬酸为碳源，尿素为氮源，硫脲为硫源，水热合成了N,S共掺杂碳点，量子产率(QY)为22%。将该碳点与三聚氰胺甲醛树脂(MF)基质复合，形成荧光微球(MF-CDs)。MF-CDs用于Au3+的检测和吸附去除，检测线性范围拓宽至0.05~2μM，吸附容量提升至1mmol/g；而且，吸附到MF-CDs上的Au3+能原位还原为纳米金，作为催化剂降解4-硝基苯酚，催化性能在5次循环中保持稳定。本实验结果说明通过将游离碳点固载在MF上，可形成新型微纳荧光材料(MF-CDs)。作为荧光探针，MF-CDs能放大Au3+的检测信号及提高灵敏度；作为吸附剂，能提高Au3+的吸附容量；并且吸附后的Au3+可以回收循环使用，体现了MF-CDs的“绿色属性”。
第二章，以多巴胺为碳源，L-半胱氨酸为N,S源，水热制备了N,S共掺杂碳点，量子产率为4.6%。该碳点的光稳定性好，并对pH、温度及Cu2+敏感。当pH为5.4~7.4时，荧光强度随pH升高线性降低，R2为0.9996。温度为20~60℃时，荧光强度随温度升高线性降低，R2为0.9908。当Cu2+浓度为0.03~0.5μM时，线性方程为F/F0=1.36CCu2++0.9566，R2=0.9940，检测限为39nM。本章合成的N,S-CDs分别对pH、温度及Cu2+进行荧光传感检测，体现了碳点的多功能应用。
第三章，将对苯二酚分别与L-半胱氨酸和聚乙烯亚胺(Mw1800)作用，形成N,S共掺杂和N掺杂的非共轭聚合物点，标记为N,S-NCPDs和N-NCPDs。N,S-NCPDs和N-NCPDs不仅能实现对苯二酚的含量检测，而且具备pH传感效应。以N,S-NCPDs为例，N,S-NCPDs的荧光强度与合成过程中加入的对苯二酚浓度(0~100μM)线性相关，R2=0.9883。以N-NCPDs为例，pH6~10时，其荧光强度随pH的增大而线性增大，R2=0.9625。本实验将对苯二酚在温和、快捷的合成条件下，转变为可后续使用的荧光材料，同时能实现对苯二酚的含量测定。
第四章，对全文实验内容进行总结，指出不足之处及对今后的研究方向进行展望。
第五章，对近三年，碳点在环境污染物检测和去除方面的应用进行总结和展望。
碳点作为一种性能优异的荧光探针，检测灵敏度高，操作简单，在环境污染物检测分析上已有一定应用。同时，某些碳点或其复合材料还具备去除污染物功能。但是，这些应用往往以单一模式存在，未能完全发挥碳点的使用性能。为降低环境污染物检测去除的成本，深入碳点的多模式应用，开发“一种碳点，多重应用”是目前相关研究领域的热点之一。
本文以环境污染物的检测和去除为目标，设计合成了三类N,S或N掺杂的碳点，并对碳点及相关微纳材料的多重应用开展了系统研究。具体内容如下：
第一章，以柠檬酸为碳源，尿素为氮源，硫脲为硫源，水热合成了N,S共掺杂碳点，量子产率(QY)为22%。将该碳点与三聚氰胺甲醛树脂(MF)基质复合，形成荧光微球(MF-CDs)。MF-CDs用于Au3+的检测和吸附去除，检测线性范围拓宽至0.05~2μM，吸附容量提升至1mmol/g；而且，吸附到MF-CDs上的Au3+能原位还原为纳米金，作为催化剂降解4-硝基苯酚，催化性能在5次循环中保持稳定。本实验结果说明通过将游离碳点固载在MF上，可形成新型微纳荧光材料(MF-CDs)。作为荧光探针，MF-CDs能放大Au3+的检测信号及提高灵敏度；作为吸附剂，能提高Au3+的吸附容量；并且吸附后的Au3+可以回收循环使用，体现了MF-CDs的“绿色属性”。
第二章，以多巴胺为碳源，L-半胱氨酸为N,S源，水热制备了N,S共掺杂碳点，量子产率为4.6%。该碳点的光稳定性好，并对pH、温度及Cu2+敏感。当pH为5.4~7.4时，荧光强度随pH升高线性降低，R2为0.9996。温度为20~60℃时，荧光强度随温度升高线性降低，R2为0.9908。当Cu2+浓度为0.03~0.5μM时，线性方程为F/F0=1.36CCu2++0.9566，R2=0.9940，检测限为39nM。本章合成的N,S-CDs分别对pH、温度及Cu2+进行荧光传感检测，体现了碳点的多功能应用。
第三章，将对苯二酚分别与L-半胱氨酸和聚乙烯亚胺(Mw1800)作用，形成N,S共掺杂和N掺杂的非共轭聚合物点，标记为N,S-NCPDs和N-NCPDs。N,S-NCPDs和N-NCPDs不仅能实现对苯二酚的含量检测，而且具备pH传感效应。以N,S-NCPDs为例，N,S-NCPDs的荧光强度与合成过程中加入的对苯二酚浓度(0~100μM)线性相关，R2=0.9883。以N-NCPDs为例，pH6~10时，其荧光强度随pH的增大而线性增大，R2=0.9625。本实验将对苯二酚在温和、快捷的合成条件下，转变为可后续使用的荧光材料，同时能实现对苯二酚的含量测定。
第四章，对全文实验内容进行总结，指出不足之处及对今后的研究方向进行展望。
第五章，对近三年，碳点在环境污染物检测和去除方面的应用进行总结和展望。