论文部分内容阅读
2004年被发现的石墨烯，因其独特的理化性质，引起了众多领域科学工作者的关注。理想的石墨烯是零带隙半导体，难以观察到光致发光现象，这限制了其在光学分析和光电设备中的应用。理论上，石墨烯粒径的减小，石墨烯与其他物质相互作用而破坏其共轭结构的完整性，都可以实现对其带隙结构的调控，从而获得具有一定光学性质的石墨烯材料。发光石墨烯量子点(GQDs)是指尺寸小于100 nm且厚度小于10层的石墨烯薄层。它除了具有石墨烯的独特性能外，还因量子限域效应和尺寸效应而展现出了新的理化性质，如光学性质、电催化性质、电化学性质等，在物理、化学、材料科学、生物科学等领域备受关注。 本论文将介绍GQDs的发展现状，包括主要的制备方法、理化性质及其在各领域的应用情况。针对GQDs的荧光量子产率不高、催化等新性能有待发现和分析应用研究尚处初步阶段等问题，提出了对GQDs进行功能化来提高其理化性能，以获得具有新功能的GQDs，并拓展其分析应用的范围。研究内容包括: 1、以三羟甲基氨基甲烷(Tris-HMA)和柠檬酸(CA)为原料，一步热解法得到了发射强蓝色荧光的掺氮石墨烯量子点(N-GQDs)。该N-GQDs的荧光量子产率可达到59.2％，并且发射波长不随激发波长的变化而改变，光稳定性好，抗高盐度能力强。其荧光强度与pH值在2-7范围内呈线性关系。基于2，4，6-三硝基苯酚(TNP)对N-GQDs的荧光猝灭作用，提出了N-GQDs测定TNP的方法。该方法选择性好、灵敏度高，适用于实际水样中TNP的检测。 2、以多巴胺(DA)为氮源，通过水热法和强酸氧化法制得N-GQDs。获得的N-GQDs除具有水溶性好、光学性能优良等性质外，还具有内在的类酶催化活性。实验结果表明，与辣根过氧化物酶（HRP）类似，该N-GQDs的类酶催化活性也受pH、温度和H2O2浓度的影响。但在同等实验条件下，N-GQDs的类酶催化活性比HRP的催化活性更好。协同该N-GQDs的类酶催化活性和葡萄糖氧化酶(GOx)的催化作用，可实现对H2O2和葡萄糖的比色检测。该方法简便、选择性和灵敏度高，可用于稀释后的血清和果汁样品中葡萄糖含量的测定。 3、以赖氨酸(Lys)为氮源，氧化石墨烯(GO)为碳源，一锅法合成了发射强黄绿色荧光的N-GQDs。该N-GQDs的荧光量子产率为13.2％，水溶性和光稳定性好、抗盐度能力强、生物相容性好，光学性质受激发波长和pH的影响。利用焦磷酸根离子(PPi)比N-GQDs表面的氨基和羧基与Eu3+间具有更强的配位作用，提出了Eu3+调控N-GQDs免标记荧光增强测定PPi的方法。实验结果表明该方法灵敏度高、选择性好。 4、以EuCl3和GO为原料，经水热法和强酸氧化法合成了Eu修饰的石墨烯量子点(Eu-GQDs)。通过多种表征手段考察GQDs与Eu-GQDs之间理化性能的差异，并探讨Eu原子作用的可能机理。获得的Eu-GQDs具有很好的水溶性和光稳定性、抗盐度能力强，光学性质会受激发波长和pH的影响。实验发现，Cu2+与L-半胱氨酸(L-Cys)间的作用力比其与Eu-GQDs表面的羧基作用力更强，可以使Cu2+离开Eu-GQDs表面，导致体系的荧光增强。据此构建了基于Eu-GQDs开关式荧光探针测定Cu2+和L-Cys的方法。该方法的选择性好，可实现血清中L-Cys的检测，有望在环境和生物领域得到应用。