碳点复合材料的制备与应用研究

发布时间：2020-04-07 20:40

【摘要】：碳点,又称碳量子点,它是以碳元素为主的碳骨架结构,近球形,颗粒尺寸在10nm以下,表面含有大量可反应的功能基团,如-OH,-COOH等,具备优异的荧光性能、生物相容性、低毒性和良好的光稳定性,并在荧光显示、光转换、生化检测、生物成像等领域有着广泛的应用。本论文以碳点为出发点,制备得到了两种不同的碳点荧光复合材料并分别研究了其在化学传感、橡胶领域内的应用。1.以柠檬酸(CA)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH792)为原料,通过一步水热法合成高荧光碳点,量子产率达86%。并对荧光碳点进行均相离子检测,发现其对Fe~(3+)有特异性选择作用,计算了离子最低检测限3.9 μ mol。以自制碳点为荧光传感元素,玻璃板为传感膜基质,分子自组装法制备了碳点荧光膜传感器,并用于检测Fe~(3+),计算了最低检测限3.8 μmol。此外还从碳点含量、溶剂、温度等方面着重分析了其对荧光膜传感器成膜的影响,发现碳点含量为10%、溶剂为三氯甲烷、组装温度为50℃时,可以制备出荧光强度高、膜覆盖均匀致密的碳点荧光膜传感器。2.以柠檬酸,N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷以及二氧化硅为原料,一步水热法合成白炭黑改性的碳点纳米荧光粉(SiO_2@CDs),并将其加入硅橡胶中,制备出具有荧光功能的硅橡胶复合材料。实验发现,添加1份SiO_2@CDs荧光粉的硅橡胶具备十分优异的荧光性能和很高的透过率(大于80%)。此外,老化实验表明,添加WL-180型SiO_2@CDs荧光粉可以一定程度提高硅橡胶的抗老化性能。最后,还探究了不同二氧化硅类型荧光粉对硅橡胶荧光性能的影响,发现添加WL-180型荧光粉的硅橡胶具有更加优异的荧光特性。
【图文】：

合成机理,水热法合成

形成高温高压环境，有利于有机物碳化直至形成碳点。Ｄｏｎｇ等［１８］以柠檬酸和枝化的逡逑聚乙烯亚胺（ＢＰＥＩ）为原料２００°Ｃ—步水热法合成了氨基功能化的碳量子点，量子产逡逑率达４２．５％，如图１－１所示。Ｙａｎｇ等［１９１邋一步水热法合成了富氨基的壳聚糖的碳点，他逡逑们在１８０邋Ｘ：，邋１２ｈ条件下进行水热反应，得到发蓝光的碳点，并用于生物成像。Ｄｕｌ２Ｇ］逡逑等以柠檬酸和硅烷偶联剂为原料一步水热法合成水溶性硅烷化碳点，颗粒尺寸在５ｎｍ逡逑左右，在紫外灯下发强烈蓝荧光，量子产率高达８２％。水热法制备碳点的优点在于碳逡逑点粒径小且分布均匀，晶粒发育完整，团聚较少等。逡逑ｃａ邋、逦：心邋＇＋■邋ｒ逡逑２００邋．ｃ逦Ｃｏｒｅ逡逑…一邋厂．．．．逦：\逡逑、ｊＢＰＥＩ￣ｃａｐｐｅｄ邋ＣＱＤｓ逡逑图１－１ＢＰＥＩ包裹的碳点合成机理图［１８】逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋ＢＰＥＩ邋ｃｏａｔｅｄ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｄｏｔｓ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｄｉａｇｒａｍ１１８１逡逑化学热法也是热解法的一种，，一般采用浓硫酸脱水碳化有机物的方法。Ｓｏｕｒｏｖ等逡逑３逡逑

微波法,水热法合成

形成高温高压环境，有利于有机物碳化直至形成碳点。Ｄｏｎｇ等［１８］以柠檬酸和枝化的逡逑聚乙烯亚胺（ＢＰＥＩ）为原料２００°Ｃ—步水热法合成了氨基功能化的碳量子点，量子产逡逑率达４２．５％，如图１－１所示。Ｙａｎｇ等［１９１邋一步水热法合成了富氨基的壳聚糖的碳点，他逡逑们在１８０邋Ｘ：，邋１２ｈ条件下进行水热反应，得到发蓝光的碳点，并用于生物成像。Ｄｕｌ２Ｇ］逡逑等以柠檬酸和硅烷偶联剂为原料一步水热法合成水溶性硅烷化碳点，颗粒尺寸在５ｎｍ逡逑左右，在紫外灯下发强烈蓝荧光，量子产率高达８２％。水热法制备碳点的优点在于碳逡逑点粒径小且分布均匀，晶粒发育完整，团聚较少等。逡逑ｃａ邋、逦：心邋＇＋■邋ｒ逡逑２００邋．ｃ逦Ｃｏｒｅ逡逑…一邋厂．．．．逦：\逡逑、ｊＢＰＥＩ￣ｃａｐｐｅｄ邋ＣＱＤｓ逡逑图１－１ＢＰＥＩ包裹的碳点合成机理图［１８】逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋ＢＰＥＩ邋ｃｏａｔｅｄ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｄｏｔｓ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｄｉａｇｒａｍ１１８１逡逑化学热法也是热解法的一种，一般采用浓硫酸脱水碳化有机物的方法。Ｓｏｕｒｏｖ等逡逑３逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】