源于天然物质荧光碳点的合成、表征及应用

发布时间：2020-03-23 22:32

【摘要】：随着碳材料的发展,一种具有优异性能的新型碳材料—碳量子点成为研究的热点。一般情况下,碳量子点习惯称为碳点。碳点是一种准球形的零维纳米材料,其粒径普遍分布在10 nm之下。由于其有着优良的光学特性、不错的水溶性、良好的生物相容性和低毒性,而成为半导体量子点的一种良好替代品。在2006年,这一概念的提出,为荧光碳量子点的探索开启了新的里程碑。本文主要从完整的两个体系对碳点进行更进一步的探索:1.以杏仁为碳源,采用热解-水热的方法制备了磷、氮共掺杂碳点。与其它方法相比,这是一种绿色制备方法,其所得到的碳点也展现出优良的性质。其中包括良好的生物相容性、低毒性、稳定的化学性质和较高的荧光量子产率。基于这些优良的性质,制备的碳点可以用于多色细胞成像和生物传感中。人体肝癌细胞(HepG-2)的激光共聚焦成像显示:碳点能够穿透细胞壁进入到细胞质中,并且能够发出明亮的荧光,这就说明其能用于细胞成像;另外,基于该碳点在水溶液中对Fe~(3+)的特异性选择和高灵敏度,可用于检测细胞内Fe~(3+)的浓度,实现生物传感的功能。2.从中草药中选取黄芪,通过一步水热法制备了蓝色荧光碳点。得到的碳点在365 nm紫外灯照射下,被激发出明亮的蓝光。该碳点可应用到Fe~(3+)传感,细胞成像和图案制作当中。在Fe~(3+)传感中,其线性范围为100μM-300μM,并且其检测限为2 nM,这表明其能完成对铁离子的检测;并且,人体肝癌细胞(HepG-2)的激光共聚焦成像显示:该碳点能够进入到细胞中,并发出荧光,显示出细胞的形态。另外,还可以将该碳点制备成荧光墨水,来制作荧光图案。
【图文】：

拉曼光谱仪,零维,形貌结构,纳米粒

图 1.1 碳量子点的结构[18]。Fig 1.1 Chemical construction of CDs.1.2 碳量子点的基本性质1.2.1 形貌结构特点通过有着高分辨率的显微镜观察，碳量子点的形貌和结构特点可以清楚地被观察到；通过透射电子显微镜来看，碳量子点的粒径大小和分布均匀程度都能被直观的看到；再通过纳米粒度分析仪，碳量子点的尺寸分布情况可以反映出来。实验结果发现，碳量子点的形状近似球形，并且其属于零维纳米材料。与量子点相比，碳量子点有很大的比表面积，这使其有着很奇妙的物理性质和化学性质。最重要的是其表面空洞导致了光致发光现象，这种优良的光学性质大大扩展了其在各方面的应用。通过拉曼光谱仪分析，其测试结果能够显示：碳量子点相比于原材料，其中的

自上而下法,激光照射,激光烧蚀法,碳纳米颗粒

图 1.2 碳量子点的合成。 A)自上而下法。 B)自下而上法。Fig 1.2 Preparation of CDs. A)Top-down method. B)Down-top method.3.1 自上而下法1. 激光烧蚀法通过激光照射合成目标碳材料的这种方法，我们叫做激光烧蚀法。Sun[37]等人在06 年首次通过激光烧蚀的方法合成了碳量子点。以石墨粉作为碳源，氩气和水蒸为保护气，经过激光照射后，再用硝酸处理后得到碳纳米颗粒。最后，让其与G1500N或者 PPEI-EI 作用，最后制备的碳点有较强的荧光。同样，Russo 等从块状石墨烯上用激光器剥离出尺寸在 2-5 nm 的石墨烯量子点 Gon alves[38]等通过直接激光照射浸渍在去离子水中的碳材料合成了碳纳米颗粒，是合成的材料并没有明显的荧光，经过后续的钝化处理才得到了发射荧光的碳点。所用的激光装置图,如图 1.3 所示。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TB383.1

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