荧光碳量子点的制备及分析应用研究

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碳量子点(CQDs)作为一种环保绿色的碳纳米材料,因其合成不需要可控的反应环境,而且它本身不含有毒金属,CQDs成了半导体量子点的一种潜在替代品。此外,CQDs还具有良好的生物相容性、优异的光稳定性、化学惰性和显著的水溶性,因此CQDs也可作为传统有机染料的替代品。基于这些优点,CQDs被广泛应用于生物成像、催化、传感和电子器件等领域。目前,尽管有多种类型的CQDs已被报道,但大多数荧光CQDs主要集中在短波区域发光且具有较低的荧光量子产率,进一步限制了其在各个领域的实际应用。基于此,本论文采用不同的原料,利用不同的方法制备得到两种不同类型的CQDs,利用透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、荧光光谱(FL)等手段对获得的CQDs进行表征,并进一步将其用于小分子等物质的分析检测与生物成像研究。主要研究工作如下:第一章:对CQDs的研究及应用进行了综述。简述了CQDs的发展,总结了CQDs制备方法和理化性质,对CQDs在分析检测、光催化及生物成像等领域的应用进行了概述。第二章:以柠檬酸和对苯二胺为原料,采用水热法制备了氮掺杂荧光碳量子点(N-CQDs)。通过引入杂原子使N-CQDs的荧光显著增强,实现了其长波区域内的黄光发射。所合成的N-CQDs具有较窄的尺寸分布、丰富表面官能团、稳定的发光性能和长的荧光寿命。第三章:根据上述合成的N-CQDs,设计了一种检测辛硫磷的荧光纳米传感器,其检测机理是基于辛硫磷与N-CQDs间发生的荧光内滤效应导致N-CQDs的荧光被辛硫磷强烈猝灭。实验发现,所提出的传感方法具有一些优异的性能,包括响应快速、线性范围宽(1-10μM,10-98μM)和检出限低(0.09μM,0.21μM)。最重要的是,我们进一步证明这种黄色发光的N-CQDs具有低毒性和生物相容性,可用于Hela细胞成像。第四章:以柠檬酸为碳源,三羟甲基氨基甲烷(Tris)为氮源,通过微波辅助法合成氮掺杂碳量子点(N-CQDs)。该N-CQDs具有良好的水溶性、耐盐性和光稳定性,在365 nm的紫外灯照射下能发出强烈的蓝色荧光(λem=423 nm),其荧光量子产率高达46.5%。实验表明,亮蓝能强烈猝灭N-CQDs的荧光,基于此,开发了一种高灵敏检测亮蓝的新方法。亮蓝检测的线性范围为0.4-200μM,最低检出限为0.24μM。此外,该方法展现出较高的准确性,已成功用于实际样品中亮蓝的检测。
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