基于荧光量子点纳米材料的结构与性能研究

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环境污染问题日益危害人们的生活健康,环境污染物的检测问题引起了人们广泛的关注。量子点(QDs)由于具有的独特光学性能得到了广泛的应用研究,它可以用作一种新型荧光探针具有灵敏度高、选择性好、响应快速以及操作简单等特点,在生物大分子检测、离子检测、免疫检测等检测领域具有重要的应用前景。采用高温注入法制备的量子点虽然有较高的量子产率、尺寸均一等一系列优点,但是由于表面配体所限无法直接分散在水环境中,且量子点对环境特别敏感,如温度、pH等环境条件的变化容易造成量子点的荧光淬灭。因此,需要对量子点进行表面改性,保持其优异的荧光性能同时赋予量子点在水中的分散性,还要保证一定的环境稳定性。本文基于量子点水溶性改性,通过对油溶性量子点进行巯基配体改性和二氧化硅包覆,并探究其荧光性能与检测性能。本文主要内容包括以下三个方面:(1)通过高温注入法,合成了一系列从发射红色(625 nm)、橙色(582 nm)、绿色(522 nm)到蓝色(489 nm)的油溶性合金量子点,其发射峰窄且量子产率高达78%。利用带有不同官能团和不同链长的巯基配体对其进行配体交换,系统研究了荧光量子点的温度敏感性,研究结果表明,量子点表面巯基配体的链长增加或者带有苯环,量子点的温度影响不敏感;巯基乙胺改性量子点对温度最不敏感;巯基乙醇对温度的影响最为敏感。以巯基丙酸改性量子点对镉离子进行检测,在镉离子浓度为10-100μM范围内,量子点的荧光强度随浓度呈线性关系,线性相关系数为0.9832,方法检出限为0.8μM,为镉离子的定量检测提供了新途径。(2)通过溶胶-凝胶法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为油溶性量子点的稳定剂和模板剂,在氨水的催化作用下使正硅酸乙酯(TEOS)水解,对油溶性合金量子点进行二氧化硅包覆,包覆二氧化硅后量子点的荧光效率为56%。调整TEOS、氨水以及CTAB的比例,控制量子点@二氧化硅(QDs@SiO2)粒径在10-100 nm左右分布以及量子点包覆的数目。通过环境稳定性测试发现,QDs@SiO2对温度影响不敏感,常温放置一个月其荧光强度保留了94%以上。当镉离子浓度在1-30μM范围时,QDs@SiO2的荧光强度随浓度呈线性关系,其线性相关系数为0.9824,方法检出限为0.065μM,实现对镉离子的定量检测。(3)基于荧光共振能量转移(FRET)原理,以QDs@SiO2为能量供体,罗丹明B(RhB)作为受体,构建了QDs@SiO2-RhB的FRET体系,研究了供受体浓度、pH值、盐离子浓度以及QDs@SiO2粒径大小对能量转移效率的影响,当QDs@SiO2浓度呈比率增大时,荧光转移效率从66.17%下降到56.07%,pH值和盐离子浓度对荧光转移效率影响不大,并将FRET体系用于研究镉离子的检测,当镉离子浓度增大到80μM时,溶液荧光从黄色变为黄绿色,可以对镉离子进行可视化检测。
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