生物质碳量子点的制备及其应用研究
发布时间：2021-11-05 21:23
石墨烯量子点（GQDs）是一种具有较高结晶度的碳量子点（CQDs）,GQDs和CQDs拥有优异的光学稳定性和水分散性,及可调节的荧光发射/激发性等特性,是有望替代无机量子点的碳纳米材料。CQDs在金属离子检测、生物成像、疾病诊断治疗、太阳能电池等领域展现独特的应用前景。生物质是一种绿色可再生的资源,其含有丰富碳原子及杂原子（如N、S、P等）,是制备CQDs的理想原料。生物质CQDs的合成方法主要为水热法,存在荧光量子效率较低和光学稳定性有待提高的不足。本论文在柠檬酸-尿素体系中引入含氨基的壳聚糖、明胶及大豆蛋白,采用简单的一步水热法,及乙醇沉淀的分离方法获得N掺杂碳量子点（NCQDs）、N掺杂石墨烯量子点（NGQDs）、N、S双掺杂石墨烯量子点（N,S-GQDs）。研究了NCQDs、NGQDs和N,S-GQDs的结构、光学性质及其对金属离子的检测性能,初步探讨了NGQDs的发光机理,为合成高性能生物质CQDs提供帮助。本论文创新点如下:1)以壳聚糖或明胶的柠檬酸-尿素水溶液为原料,采用水热法和乙醇沉淀的分离方法分别合成了氮掺杂碳量子点（NCQDs）和氮掺杂石墨烯量子点（NGQDs）。2...
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）榴莲通过一步水热法合成S-GQDs，（b）S-GQDs的结构示意图，（c）S-GQDs水溶液的多色发光及其量子效率[9]
江汉大学硕士研究生学位论文第3页CQDs的结晶状态，如果CQDs出现2θ值在20°~25°之间的宽峰，表明CQDs形成了非晶态碳相（sp3碳）[11,16]。图1-2碳量子点的（a）TEM图；（b）HRTEM图；（c）AFM图；（d）FTIR图；（e）XPS全谱；（f）拉曼光谱[9,11,14,17]Fig.1-2(a)TEMimage,(b)HRTEMimage,(c)AFMimage,(d)FTIRspectrum,(e)XPSsurveyspectrum,and(f)RamanspectrumofCQDs[9,11,14,17].
江汉大学硕士研究生学位论文第7页明显的晶格结构，三种CQDs的尺寸在10nm以内，如图1-5（b-d）所示。图1-5（a）活性炭制备CQDs的过程，4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺钝化；（b）煤衍生活性炭（c）木头衍生活性炭；（d）椰子衍活性炭制备的CQDs的TEM图，插图为CQDs尺寸的分布图[20]Fig.1-5(a)PreparationprocedureofCQDs.(b)TEMimagesof4,7,10-trioxa-1,13-tridecanediamine(TTDDA)-passivatedCQDsderivedfromcoalactivatedcarbon(CAC),(c)woodactivatedcarbon(WAC),and(d)coconutactivatedcarbon(CNAC).TheinsethistogramsarethesizedistributionsoftheCQDsmeasuredbyTEM[20].1.2.3超声波合成法众所周知，超声波可以在液体中产生交替的低压和高压波，导致小的真空气泡的形成和破裂。这些空化作用会形成高速撞击的液体射流，进而形成强大的剪切力[21-23]。运用这种剪切力，可以将宏观碳材料切割成纳米级的CQDs。Kang等人以活性炭为原料，通过一步超声波合成法，在过氧化氢（H2O2）环境里制备出可溶于水的CQDs。此CQDs水溶液非常稳定，静置六个月无沉物[23]。Park等人报道了一种大规模合成CQDs的绿色方案，即以废弃的食物作为碳源，在室温下通过超声波合成法制备CQDs，此CQDs在TEM下呈均匀的球形，平均尺寸为4.6nm[22]。
【参考文献】：
博士论文
[1]石墨烯量子点及新型二维材料光学性质的理论研究[D]. 李云海.东南大学 2018
硕士论文
[1]生物质碳量子点的制备与应用研究[D]. 梁梓承.华南理工大学 2016
本文编号：3478532
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）榴莲通过一步水热法合成S-GQDs，（b）S-GQDs的结构示意图，（c）S-GQDs水溶液的多色发光及其量子效率[9]
江汉大学硕士研究生学位论文第3页CQDs的结晶状态，如果CQDs出现2θ值在20°~25°之间的宽峰，表明CQDs形成了非晶态碳相（sp3碳）[11,16]。图1-2碳量子点的（a）TEM图；（b）HRTEM图；（c）AFM图；（d）FTIR图；（e）XPS全谱；（f）拉曼光谱[9,11,14,17]Fig.1-2(a)TEMimage,(b)HRTEMimage,(c)AFMimage,(d)FTIRspectrum,(e)XPSsurveyspectrum,and(f)RamanspectrumofCQDs[9,11,14,17].
江汉大学硕士研究生学位论文第7页明显的晶格结构，三种CQDs的尺寸在10nm以内，如图1-5（b-d）所示。图1-5（a）活性炭制备CQDs的过程，4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺钝化；（b）煤衍生活性炭（c）木头衍生活性炭；（d）椰子衍活性炭制备的CQDs的TEM图，插图为CQDs尺寸的分布图[20]Fig.1-5(a)PreparationprocedureofCQDs.(b)TEMimagesof4,7,10-trioxa-1,13-tridecanediamine(TTDDA)-passivatedCQDsderivedfromcoalactivatedcarbon(CAC),(c)woodactivatedcarbon(WAC),and(d)coconutactivatedcarbon(CNAC).TheinsethistogramsarethesizedistributionsoftheCQDsmeasuredbyTEM[20].1.2.3超声波合成法众所周知，超声波可以在液体中产生交替的低压和高压波，导致小的真空气泡的形成和破裂。这些空化作用会形成高速撞击的液体射流，进而形成强大的剪切力[21-23]。运用这种剪切力，可以将宏观碳材料切割成纳米级的CQDs。Kang等人以活性炭为原料，通过一步超声波合成法，在过氧化氢（H2O2）环境里制备出可溶于水的CQDs。此CQDs水溶液非常稳定，静置六个月无沉物[23]。Park等人报道了一种大规模合成CQDs的绿色方案，即以废弃的食物作为碳源，在室温下通过超声波合成法制备CQDs，此CQDs在TEM下呈均匀的球形，平均尺寸为4.6nm[22]。
【参考文献】：
博士论文
[1]石墨烯量子点及新型二维材料光学性质的理论研究[D]. 李云海.东南大学 2018
硕士论文
[1]生物质碳量子点的制备与应用研究[D]. 梁梓承.华南理工大学 2016
本文编号：3478532
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