水溶性卤化铯铅钙钛矿纳米晶体对叶酸、抗坏血酸和汞离子的分析应用研究

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全无机卤化铯铅(CsPbX3、X=Cl、Br或I)钙钛矿纳米晶体(PNCs)作为一种新型的胶体纳米晶体,拥有出色的光电性能,包括高的光致发光量子产率(PLQY)、窄的发射半峰宽(FWHM)、在整个可见光和红外区域颜色可调,同时拥有独特的载流子分离特性、高电荷载流子迁移率和长载流子扩散长度。基于这些优异的性质,CsPbX3 PNCs广泛被研究应用于太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光器和光催化等领域。但是,CsPbX3 PNCs仍然存在对水分,氧气,热和光干扰的结构不稳定的缺点,所以在水溶液中目标物质的分析检测中的应用研究很少。最近报道出了使用水相乳液法合成具有高水稳定性钙钛矿的方法,但是其合成方法复杂,不易操作。因此,如何进一步探究水溶性钙钛矿的合成方法,同时将水溶性钙钛矿应用于水溶液中物质的分析检测等问题受到了研究者的广泛关注。本文以水溶性卤化铯铅钙钛矿纳米晶体为研究对象,一方面为简化水相乳液法合成水溶性卤化铯铅钙钛矿的方法,同时提高该方法合成的钙钛矿的稳定性和发光性能。另一方面,利用水溶性溴化铯铅钙钛矿和溴碘铯铅杂化钙钛矿的特殊发光性质,探究其在水溶液中物质分析检测方面的应用。基于以上目的合成了水溶性的溴化铯铅钙钛矿和溴碘铯铅杂化钙钛矿,并将其应用到重金属离子和生物小分子的分析检测中。具体研究内容如下:1.参照文献报道的水相乳液法经过适当的修改合成了发射强烈绿色荧光的水溶性溴化铯铅钙钛矿纳米晶体(CsPbBr3/Cs4PbBr6,PNCs),该PNCs的最大发射波长在525 nm处,具有非常窄的半峰宽,紫外可见吸收光谱在510 nm处有明显的特征吸收峰。由于叶酸(FA)能使该PNCs的荧光猝灭,当FA的浓度在10-800μM范围内该PNCs的荧光强度呈现出线性降低,基于此建立了一种以此PNCs为荧光探针,快速、高选择性、可视化定量检测水溶液中FA的方法,该方法的检出限为1.695μM。2.通过水相乳液法合成了CsPbBr3/Cs4PbBr6 PNCs,然后以其为原料,用阴离子交换法合成了一系列发射从绿色到红色荧光的溴碘铯铅杂化钙钛矿纳米晶体(CsPb(Br/I)3 PNCs),探究了该PNCs的最大发射波长与KI浓度之间的关系。另外,进一步探究了CsPb(Br/I)3 PNCs与生物小分子之间的相互作用,发现抗坏血酸(Vc)能使CsPb(Br/I)3 PNCs的荧光增强,且使用发射波长大的PNCs作为荧光探针对Vc的选择性更好。通过筛选选择了最大发射波长635 nm的CsPb(Br/I)3PNCs作为荧光探针对Vc进行线性检测,当Vc浓度在0.01-50μM范围内时CsPb(Br/I)3 PNCs的荧光强度呈线性增强。基于此现象建立了一种快速选择性检测Vc的方法。3.参照2中的合成方法合成了CsPb(Br/I)3 PNCs。以该PNCs为荧光探针,探究了该PNCs与水溶液中金属离子的相互作用,发现Hg2+可以使PNCs的荧光猝灭且使其最大发射波长蓝移。然后进一步研究了不同发射波长(551 nm、591 nm和617 nm)的PNCs对Hg2+的定量线性和可视化双信号检测,结果表明其荧光猝灭率(I0/I)和发射波长位移量(Δλ)均与Hg2+浓度存在很好的线性关系,不同发射波长的钙钛矿线性范围不同。特别的是,591 nm和617 nm的探针对低浓度的Hg2+具有非常好的可视化检测效果,可以实现在超小浓度范围内对Hg2+进行快速可视化定量检测。
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