金属掺杂碳点制备、机理及重金属检测应用

发布时间：2021-07-03 04:00

　　碳量子点（CDs）属于一种新型的碳纳米材料,它的尺寸小于10 nm,具有易制备、低毒、原料易得、光化学稳定性强、生物相容性好等特性,可以广泛应用在生物传感,环境监测,光电子,光催化,生物成像等领域中。近几年,研究者在非金属异质元素掺杂制备具有高荧光性能碳量子点的合成及应用方面做了大量的研究。本课题采用一步水热合成法制备得到金属锌元素掺杂的不同反应时间的锌掺杂碳量子点（Zn-CDs）和金属锰元素掺杂的锰掺杂碳量子点（Mn-CDs）,对其成长路线,光学特性,形貌和化学结构及成分进行了分析和研究,利用模拟分析进行了晶体成长机理研究,进而利用制备得到的Mn金属掺杂碳量子点建立了Hg²⁺和S^2-离子检测的荧光探针平台,并解释了荧光恢复原因。主要内容如下:1、合成了一种简单,快速,绿色低毒环保,成本低的Zn-CDs;通过优化反应条件,制备的Zn-CDs的QY可以高达35.5%。对不同反应时间的Zn-CDs样品进行了光化学性能和内部结构分析得出,随着反应时间的变化,Zn的氧化程度先增加后降低;锌元素掺杂对CDs的的生长过程中起着重要的作用;鉴于荧光光谱并结... 

【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

三种类型的荧光碳量子点[5,6]

1.2 CDs 的合成方法CDs 具有显著的晶体结构，不同类型的光致发光中心也不同，也正是由于 CDs的多样性，所以存在多种类型制备方法，通常可分为自下而上和自上而下法，如图 1.2 所示。自上而下法主要指将碳骨架如碳纳米管[7]、石墨[8]、碳纤维[9]和纳米金刚石等粉碎而生成小颗粒的合成方法，这种方法制备得到的 CDs 通常具有较好的 sp2结构，但是产率一般较低，实验条件较严苛，反应时间长，原材料较贵，这些限制了这种方法的进一步使用和发展，自上而下法主要由电弧放电法、激光消蚀法和电化学法组成。而自下而上法主要指有机分子或聚合物的表面功能修改或钝化法即一些有机小分子作为碳源直接制备；该方法制备所需时间短，原材料价廉易得且广泛，反应条件比较人性化，备受研究者的青睐，因此研究者采用自下而上方法的较多，它主要包括微波法、模板法、热解法，溶剂热和水热法。

图 1.3 1）发三种颜色的荧光 CDs；2）CDs 的 TEM 图[4]Fig. 1.3 1）Emitting three colors of fluorescent CDs；2）TEM of CDs[4]激光消蚀法光消蚀一般是指通过激光束来照射消蚀碳靶，然后从表面直接除去Sun[11]等人在温度为 900 ℃，压力为 75 KPa 下利用水蒸气和氩气作 开关 Nd：YAG 激光器激光消蚀碳靶子获得了 CDs。然后在硝酸里2 h，上面在附上有机物如 PEG1500N或 PPEI-EI，将酸化氧化后的 C表面钝化作用之后，才可以得到 QY 高达 10％的蓝色 CDs，如图 1方法合成的 CDs 制备过程复杂，所需设备昂贵，反应所需时间冗长产率低，因此很少使用。


本文编号：3261824