【摘 要】
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碳量子点（CDs）是一类新兴的零维发光碳纳米材料,通常是指表面具有不同钝化程度的碳纳米颗粒。光致发光的碳量子点具有两个显著特征:一是碳纳米颗粒小（低于10 nm）;二是颗粒表面可以与其他分子通过共价键、非共价键或化学吸附等方式相互作用。此外,CDs具有良好的生物相容性、光稳定性、选择性和高灵敏度、可调谐的荧光发射和激发等优良性能,在细胞成像、荧光检测、光催化、光伏器件和光电探测器等领域具有广泛的应
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碳量子点（CDs）是一类新兴的零维发光碳纳米材料,通常是指表面具有不同钝化程度的碳纳米颗粒。光致发光的碳量子点具有两个显著特征:一是碳纳米颗粒小（低于10 nm）;二是颗粒表面可以与其他分子通过共价键、非共价键或化学吸附等方式相互作用。此外,CDs具有良好的生物相容性、光稳定性、选择性和高灵敏度、可调谐的荧光发射和激发等优良性能,在细胞成像、荧光检测、光催化、光伏器件和光电探测器等领域具有广泛的应用。本论文采用溶剂热法制备了氮、硫掺杂碳量子点（t-CDs）。t-CDs具有双发射红色荧光,并且能够有选择性地检测Hg2+;此外利用苯丙氨酸（Phenylalanine,Phe）对t-CDs进行修饰,提高了t-CDs荧光量子效率,同时,将Phe修饰后的碳量子点作为荧光探针在细胞中成像。具体研究内容如下:（1）利用硫脲和柠檬酸作为反应物,采用溶剂热法制备出了氮、硫掺杂的碳量子点（t-CDs）。利用透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱检测仪、X射线光电子衍射、傅里叶变换红外光谱仪等对t-CDs的形貌和结构进行了表征。结果表明:所制备碳量子点尺寸均匀,平均粒径为4.5 nm。t-CDs的晶格间距为0.21 nm,对应石墨烯的（100）晶面。碳元素多数以sp~2杂化碳的形式存在,碳量子点表面富含-NH2,-COOH和-SH等官能团。利用稳态荧光光谱研究了其光学性质,t-CDs的发射峰位为510 nm和630 nm,表现为双发射红色荧光,在水中的荧光量子效率为5.7%,在碱性条件下t-CDs由于质子化处于单分散状态,可以使荧光增强。此外,t-CDs可以有选择性地检测Hg2+,使荧光显著淬灭。（2）选用Phe对t-CDs进行修饰。通过控制反应温度,反应时间、pH值、Phe浓度等因素,使t-CDs在水中的荧光量子效率提高至20.8%。其形貌和结构的结果表明:t-CDs-Phe具有与t-CDs相似的形貌,N元素含量增加,并且荧光发射峰位蓝移至561nm。我们对t-CDs-Phe的荧光寿命衰减进行分析,相比于t-CDs,t-CDs-Phe的平均寿命增加到5.4 ns。t-CDs-Phe还具有良好的双光子激发荧光发射性质,在800 nm光激发下,t-CDs-Phe的双光子吸收截面为6.0×10-47 cm~4 s~1 photon-1。利用t-CDs-Phe对HeLa细胞成像,当激发波长为800 nm时,发出强烈的红色荧光,实现了t-CDs-Phe的双光子细胞成像。我们通过自下而上的溶剂热法制备了t-CDs,并通过Phe对t-CDs进行修饰,研究了t-CDs以及t-CDs-Phe的单光子和双光子激发荧光的光学特征,实现了t-CDs-Phe的双光子细胞成像,在近红外激发荧光成像方面展现出巨大的应用潜力。
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