【摘 要】
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碳量子点(CQDs)是一种超小尺寸(<10 nm)的准球形碳纳米粒子,具有合成简单、成本低廉、发光性质优异和生物相容性好等优点,目前已成为发光材料的研究热点之一。CQDs的荧光淬灭效应可使其作为一种荧光传感器应用在更广泛的平台。另一方面,聚乳酸(PLLA)是一种无毒生物可降解材料,但存在结晶性差、结晶速率慢以及易脆断裂等缺陷,将少量CQDs加入到PLLA基质中可弥补其不足。本论文首先合成了氮掺杂C
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碳量子点(CQDs)是一种超小尺寸(<10 nm)的准球形碳纳米粒子,具有合成简单、成本低廉、发光性质优异和生物相容性好等优点,目前已成为发光材料的研究热点之一。CQDs的荧光淬灭效应可使其作为一种荧光传感器应用在更广泛的平台。另一方面,聚乳酸(PLLA)是一种无毒生物可降解材料,但存在结晶性差、结晶速率慢以及易脆断裂等缺陷,将少量CQDs加入到PLLA基质中可弥补其不足。本论文首先合成了氮掺杂CQDs(N-CQDs),对其荧光淬灭机理进行了讨论,并将其作为荧光探针应用于水中ClO-的检测;进一步将其与PLLA复合,系统研究了PLLA/N-CQDs纳米复合薄膜的光学性质、结构多态性以及使用性能。本论文主要工作内容如下:1、以柠檬酸(CA)和乙二胺(EDA)为原材料,采用水热法合成了球形N-CQDs。其粒径分布在1-5 nm之间,平均尺寸为2.8±0.7 nm。该N-CQDs由掺杂有N原子的共轭芳香碳核和亲水性官能团的表面组成,最佳激发和发射波长分别为342 nm和440 nm,荧光量子产率达44%,荧光寿命为12.66 ns,并具有不依赖于激发的发射行为和优异的荧光稳定性。2、考察了不同阳、阴离子对N-CQDs荧光的淬灭效应,发现电极电位大于0.72 V的氧化剂可淬灭N-CQDs的荧光,荧光淬灭是由于N-CQDs表面丰富的供电子基团与氧化剂之间发生电子转移所导致,因此提出了一种氧化还原驱动的N-CQDs荧光淬灭机理。对KMnO4而言,其在中性条件下的淬灭是内滤效应和电子转移效应共同作用的结果,其中内滤效应在总荧光淬灭中的占比不超过22.2%。3、利用N-CQDs的还原性质,发展了一种可以灵敏和选择性地检测水中ClO-的荧光分析方法,在1.0-10.0μM的范围内,N-CQDs的Stern-Volmer值与ClO-浓度呈线性响应,检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别为0.43μM和1.04μM。所建立的方法成功地应用于游泳池水和自来水中ClO-浓度的定量测定,以及用于防伪和纸张加密中。4、采用溶剂浇铸法制备了PLLA/N-CQDs纳米复合物薄膜,由于N-CQDs与PLLA分子链间存在相互作用,N-CQDs的加入诱导了无定形PLLA的结晶,从而提高了其紫外屏蔽性、水蒸气阻隔性和断裂强度。红外光谱及成像表明N-CQDs纳米粒子在PLLA基质中分散均匀,且加入量越多,PLLA的结晶程度和α-晶型的含量越高,不过当加入N-CQDs大于2 phr时,其结晶程度增加缓慢,结晶构象(即α-/α’-比)趋于稳定,得到的复合薄膜各项性能也均较好。此外,0.5 phr N-CQDs即可赋予PLLA纳米复合物薄膜很强的荧光发射性质。
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