高荧光碳量子点制备及其应用性研究

发布时间：2017-07-25 21:11

  本文关键词：高荧光碳量子点制备及其应用性研究

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【摘要】：相比于传统的半导体量子点和荧光染料,荧光碳量子点具有荧光稳定性好,生物相容性强,毒性低粒径小,耐光漂白,发射波长可调控以及上转换荧光性质等特点。碳量子点作为一种新型的碳纳米材料,因其独特的光电特性和潜在的应用价值被广泛地应用到许多领域,如催化,检测,生物成像以及光电器件等。本文采用微波以及水热法合成了荧光碳点,进行氨基功能化处理,并将其用于光催化剂设计和金属离子检测。本文制备的荧光碳点均为无定型结构,没有完整、连续的晶体结构。水热法制备的碳点无论是粒径大小、量子产率还是荧光性能都优于微波法,而且碳点粒径大小均匀,分散性良好,粒径尺寸在2-3 nm之间,接近于零维尺寸状态;碳点在紫外光区具有很强的吸收能力,吸收带可延长至可见光区。CQDs表面含有大量的羟基和羧基等亲水基团,具有良好的水溶性和生物相容性。碳点发射波长、发射峰强度以及发光颜色皆具有激发波长依赖性。无论CQDs还是N-CQDs都具有上转换荧光性质,在长波长光(700-900 nm)的激发下,碳量子点会发出比激发波长更短的荧光(350-500 nm)。氨基化过程中,碳点表面部分基团与氮源反应后生成了酰胺和醇类,如:-OH,NH-R和-CONH,减少非辐射复合,N-CQDs荧光性能明显优于CQDs;氧化性较强的离子俘获电子能力强,干扰了电子和空穴复合,通过有效的电子转移促进非辐射的电子空穴复合湮灭;氧化性较弱离子俘获电子能力较弱,与碳点表面的一些缺陷、官能团相互作用,在碳点表面形成多种缺陷,使得荧光强度得到加强。Fe~(3+)能与CQDs表面的极性氨基和含氧基团发生螯合作用,碳点可用来高灵敏度、高选择性检测水溶液中的Fe~(3+)。碳点可以充当电子存储体,使电子可以轻易的在碳点和Ti O_2表面之间转移,而且碳点有明显的上转换发光性能,可进一步激发Ti O_2产生电子空穴对,CQDs以及N-CQDs都能明显提高Ti O_2光催化性能。
【关键词】：荧光碳量子点 氨基功能化 荧光性能 光催化 金属离子检测
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 荧光碳量子点的研究进展12-16
• 1.2.1 碳量子点的制备方法12-13
• 1.2.2 碳量子点的性质13-14
• 1.2.3 碳量子点的应用14-16
• 1.3 论文的主要研究内容16-17
• 第2章 实验部分17-23
• 2.1 实验材料与试剂17
• 2.2 实验仪器与设备17-18
• 2.3 荧光碳量子点制备18-20
• 2.3.1 水热法制备碳量子点18-19
• 2.3.2 微波法制备碳量子点19
• 2.3.3 氨基化碳量子点制备19-20
• 2.4 荧光碳量子点应用性研究20-21
• 2.4.1 荧光碳点在分析和检测金属离子的应用性研究20
• 2.4.2 CQDs/TiO_2复合材料制备及其光催化性能研究20-21
• 2.5 表征及测试方法21-23
• 2.5.1 透射电子显微镜21
• 2.5.2 X-射线衍射21
• 2.5.3 荧光光谱分析21
• 2.5.4 傅里叶变换红外光谱21
• 2.5.5 紫外-可见光吸收光谱21
• 2.5.6 光催化活性测试21-22
• 2.5.7 Energy Dispersive Spectrometer能谱分析22
• 2.5.8 相对荧光量子产率测试22-23
• 第3章 荧光碳量子点制备及性能分析23-35
• 3.1 两种方法制备碳量子点比较23-26
• 3.1.1 碳量子点微观结构23-24
• 3.1.2 碳量子点荧光性能24-26
• 3.2 水热法最佳制备工艺探究26-28
• 3.2.1 水热法最佳碳源的确定26-27
• 3.2.2 水热法最佳温度的确定27-28
• 3.2.3 水热最佳时间的确定28
• 3.3 水热法制备碳量子点表征分析28-31
• 3.3.1 碳量子点XRD分析28-29
• 3.3.2 碳量子点红外光谱与表面基团分析29-30
• 3.3.3 紫外-可见光吸收光谱分析30-31
• 3.4 水热法制备碳量子点荧光性能分析31-34
• 3.4.1 紫外光到可见光波段的光致发光性能31-33
• 3.4.2 可见光到近红外波段的光致发光性能33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 荧光碳量子点氨基功能化35-49
• 4.1 氨基化碳量子点性能表征分析35-38
• 4.1.1 TEM分析35-36
• 4.1.2 EDS能谱分析36-37
• 4.1.3 红外光谱分析37-38
• 4.1.4 氨基化碳量子点紫外-可见光吸收光谱分析38
• 4.2 氨基化条件对碳量子点荧光性能的影响38-41
• 4.2.1 最佳氨基化温度确定39-40
• 4.2.2 最佳氨基化时间确定40-41
• 4.3 氨基化碳量子点荧光性能分析41-44
• 4.3.1 紫外光到可见光波段的光致发光性能41-43
• 4.3.2 可见光到近红外波段的光致发光性能43-44
• 4.3.3 碳量子点激发波长依赖性及上转换机理探究44
• 4.4 氨基化碳量子点的稳定性与荧光性能影响因素探讨44-48
• 4.4.1 碳量子点荧光稳定性分析44-45
• 4.4.2 溶液pH值对荧碳量子点荧光性能影响45-46
• 4.4.3 碳量子点溶液浓度对其荧光强度的影响46-47
• 4.4.4 碳量子点制备中原料对荧光性能的影响47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 碳量子点应用性研究49-60
• 5.1 碳量子点在检测金属离子方面的应用49-55
• 5.1.1 多种金属离子对CQDs荧光性能的影响49-50
• 5.1.2 金属离子反应时间对CQDs荧光性能的影响50-52
• 5.1.3 Fe~(3+)不同浓度对CQDs荧光性能的影响52-53
• 5.1.4 PO_4~(3-)对恢复CQDs-Fe~(3+)体系的荧光作用探究53-55
• 5.2 CQDs/TiO_2复合材料光催化性能研究55-59
• 5.2.1 CQDs/TiO_2复合材料晶相结构分析55-56
• 5.2.2 CQDs/TiO_2复合材料化学组成及官能团分析56-57
• 5.2.3 CQDs/TiO_2复合材料光催化性能分析57-59
• 5.3 本章总结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文66-67
• 致谢67

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本文编号：573274