荧光可调半纤维素基碳点的合成及发光机理研究

发布时间：2024-05-15 22:20

　　碳点是一种新型的零维碳基纳米材料,具有独特的荧光发射性能、良好的水溶性、高的耐光漂白性、易于制备和功能化、低毒性以及良好的生物相容性等优点,因而在光电器件、荧光传感、光催化、生物成像、药物输送和信息防伪等领域展现出巨大的应用潜力。目前,以可再生、廉价和绿色的生物质资源作为碳源物质不仅满足了碳点绿色合成与宏量制备的需求,而且能够促进生物质资源的高附加值转化利用。但目前生物质基碳点的开发面临合成工艺复杂、荧光发射效率差、荧光色单一以及缺乏有效的光学性能调控策略等问题,极大地限制了其在诸多领域中的应用。本文以半纤维素的主要成分木聚糖及其水解产物木糖作为碳源,基于杂原子掺杂策略并采用快速微波辅助水热法对半纤维素基碳点的激发相关性荧光发射行为和荧光发射波长进行调控,进一步通过对结构与性能相关性的解析揭示碳点的发光机理,并将其应用于荧光探针、信息防伪和比率荧光pH检测。本文旨在为具有可调荧光发射行为的生物质基碳点合成提供新的思路,同时也为半纤维素的高效高值化利用开辟新的途径。主要研究内容包括以下部分:(1)采用木聚糖为碳源,氨水为氮掺杂剂,通过一步微波辅助水热法合成得到氮掺杂木聚糖基碳点,该碳点表...

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1（a）首次在单壁碳纳米管纯化过程中发现荧光CDs[1]；（b）CDs可能的结构模型及其受到不同波长激发光激发时展现的多色荧光发射现象[2]

亲魑狢Ds的前体碳源，为提高木聚糖或木糖基CDs的荧光发射效率和调控其荧光发射性能，采用杂原子掺杂或表面钝化的方式通过一步微波辅助水热法高效合成功能化生物质基CDs，围绕CDs性能与结构的相关性展开研究，旨在揭示木聚糖和木糖基CDs荧光发射机理，为获得具有可调荧光发射行为和长波长....

图1-2荧光CDs的分类：包括石墨烯量子点、碳量子点、碳纳米点、碳聚合物点[3]

断深入，目前普遍认为CDs是由sp2/sp3碳内核和外层含氧/氮等化学基团组成的尺寸小于10nm的单分散类球型纳米碳材料。尽管CDs的荧光发射机理因碳源物质、掺杂剂及制备方法不同而难以统一，但CDs可调谐的发射波长、强光致发光、特殊的多光子激发以及良好的光电荷储存和传递特性不仅能....

图1-3近年来高温裂解法合成生物质基CDs研究进展图

理温度为350℃。此外，热解梧桐叶、荷叶和松针制备得到的CDs，荧光量子产率分别达到了较高的16.4%、15.3%和11.8%[53]。还有研究指出，草叶经过300℃热解处理后也能够获得具有优异荧光发射的CDs，其粒径介于2～5nm之间[54]。综上所述，热解法对于生物质基CDs....

图1-4近年来水热法合成生物质基CDs研究进展图

别领域具有潜在的应用价值[11]。杨柏教授课题组[13]采用水热法由从多巴胺和邻苯二胺组成的起始物质中合成得到具有近红外荧光发射性能的CDs，在540nm激发下的发射波长为710nm，绝对量子产率达26.28%，该CDs在LED制备与生物成像领域的应用潜力巨大。2018年，课题组....

本文编号：3974293