【摘 要】
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天然高分子具有来源广泛、可再生和环境友好等优点,因此被广泛地应用在食品工业、医药工业以及能源工业等领域。碳点（CDs）作为一种新型的碳基纳米材料,由于其具有独特的光学性能、低成本、环境友好性、高比表面积和高电子迁移率等优点,在生物成像、药物释放、传感器以及超级电容器等领域显示出重要的应用价值。近年来,人们发现一些具有刺激响应性天然高分子的电沉积技术可以有效地将微电子技术与生物技术结合起来构建各种功
【基金项目】
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国家自然科学基金（基金项目号:51873167）；
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天然高分子具有来源广泛、可再生和环境友好等优点,因此被广泛地应用在食品工业、医药工业以及能源工业等领域。碳点（CDs）作为一种新型的碳基纳米材料,由于其具有独特的光学性能、低成本、环境友好性、高比表面积和高电子迁移率等优点,在生物成像、药物释放、传感器以及超级电容器等领域显示出重要的应用价值。近年来,人们发现一些具有刺激响应性天然高分子的电沉积技术可以有效地将微电子技术与生物技术结合起来构建各种功能材料以及电子器件,例如构建功能涂层材料、传感器、超级电容器等。在本论文中,以海藻酸钠为碳源,乙二胺为氮掺杂剂,采用简单方便的微波法制备得到氮掺杂碳点（N-CDs）/海藻酸盐纳米复合物。通过透射电镜观察到所制得的N-CDs/海藻酸盐纳米复合物中有纳米粒子存在,它们的平均粒径为4.6nm。荧光性能分析表明N-CDs/海藻酸盐纳米复合物在365 nm紫外光下呈现明显的蓝色荧光,并且其荧光发射性能具有激发光波长依赖性。本论文利用N-CDs/海藻酸盐纳米复合物制备得到N-CDs/海藻酸复合小球,该复合小球在p H≥8时可以释放N-CDs,因此N-CDs/海藻酸复合小球可以潜在应用于药物释放领域。此外,N-CDs/海藻酸盐纳米复合物还保留了海藻酸盐与Ca2+作用形成凝胶的性能以及与一些二价金属离子的配位能力,可以直接应用于阳极电沉积和配位电沉积。利用电沉积技术具有空间选择性和时间可控性的特点,可以在电极上构建不同形状和荧光图案的N-CDs/海藻酸盐纳米复合膜;也可以对复合膜的厚度进行调控;还可以利用电沉积技术制备的N-CDs/海藻酸钙纳米复合膜电极进行电化学检测。本论文还探索了基于壳聚糖的电沉积技术构建CDs修饰电极的研究。以壳聚糖为碳源制备得到CDs/壳聚糖纳米复合物,该复合物不仅具备CDs的光学性能和电化学性能,还具有壳聚糖的p H刺激响应性溶胶-凝胶转变性能和成膜性能。利用复合物的性能,构建了CDs/壳聚糖/二氧化锰修饰电极和CDs/壳聚糖/Fe3+修饰电极。本论文研究了CDs/壳聚糖/二氧化锰修饰电极的电化学性能,结果表明其具有较高的比电容、较好的电荷储存能力以及较好的稳定性。此外,基于Fe3+会使得CDs的荧光淬灭,而抗坏血酸可以与Fe3+发生氧化还原反应使得CDs荧光恢复,本论文将CDs/壳聚糖/Fe3+修饰电极对抗坏血酸进行电化学和荧光双检测。检测结果表明CDs/壳聚糖/Fe3+修饰电极对抗坏血酸的电化学检测和荧光检测都具有选择性和抗干扰性,且经过计算电化学检测限为15.6μM。因此,所构建的CDs/壳聚糖/Fe3+修饰电极可以应用于传感器等领域。本论文创新地采用微波法制备得到荧光性能良好的N-CDs,并且研究了N-CDs/海藻酸盐纳米复合物的电沉积,及其在构建电化学传感器和检测器等方面的应用价值。本论文还利用电沉积技术构建CDs/壳聚糖/二氧化锰修饰电极和CDs/壳聚糖/Fe3+修饰电极;CDs/壳聚糖/二氧化锰修饰电极具有较高的比电容,可以潜在应用于超级电容器领域;而CDs/壳聚糖/Fe3+修饰电极可以同时实现电化学和荧光双检测,这为新型CDs检测器的构建以及CDs在检测分析领域的应用提供理论和实践依据。
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