氮掺杂石墨烯量子点的微波法合成及荧光传感分析应用

发布时间：2018-11-01 14:26

【摘要】：石墨烯量子点(Graphene quantum dots,GQDs)是横向尺寸小于10 nm的单层石墨烯,其不仅继承了石墨烯的优异性能,又因为小尺寸特点而具有量子限域效应和边缘效应,从而具有优异的荧光性能。与传统的量子点相比,GQDs生物相容性好且其合成过程绿色环保,在生物成像、分析传感和催化等领域具有广阔的应用前景。但是单一的GQDs量子产率较低,限制了其在荧光传感分析中的应用。内部元素掺杂和功能化是提高其量子产率和反应活性的重要手段。目前,人们可利用不同方法制备GQDs,其中微波水热辅助法以其简单、快速、高效环保的特点引起人们的广泛注意。本文利用微波水热辅助法:以柠檬锰酸铵(Ammonium citrate,AC)为前驱体、二次蒸馏水为介质,合成了AC-GQDs;以柠檬酸(citric acid,CA)和尿素(Urea,Ur)为前驱体、二次蒸馏水为介质,合成了N-GQDs;并将二者应用到荧光传感分析,实现了对六价铬(Cr(Ⅵ))、次氯酸盐(MClO)和汞离子(Hg~(2+))的检测。具体内容如下:(1)AC-GQDs的合成及荧光传感测定水样中的Cr(Ⅵ)采用Bottom-up的合成策略,以AC为前驱体、二次蒸馏水为介质,微波功率为800 W,调节微波加热时间合成AC-GQDs。利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱(FL)、红外光谱(IR)和透射电镜(TEM)对AC-GQDs进行了表征。当激发波长为360 nm时,AC-GQDs在400-500 nm范围内发出强荧光,其激发和发射光谱与重铬酸钾在340-420 nm的吸收光谱具有较大重叠。二者之间可以发生内滤光效应,AC-GQDs荧光猝灭。基于上述原理,建立了(Cr(Ⅵ))的荧光传感分析方法。在优化的实验条件下,重铬酸钾浓度与体系的荧光猝灭率在0.10-6.0μmol/L范围内呈线性关系,检出限为0.03μmol/L。常见金属离子不干扰体系荧光,该分析方法对重铬酸钾具有较高的选择性和灵敏度,可用于自来水、湖水中Cr(Ⅵ)的测定。(2)N-GQDs的微波水热法制备、表征及性能研究由于上述合成GQDs的过程中,氮与碳的比例是固定,无法进行调节。因此本章以CA为碳源、Ur为氮源、二次蒸馏水为介质,同样采取Bottom-up的合成策略,通过调节CA和Ur的摩尔比、微波功率和微波加热时间,控制N-GQDs的合成。利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱(FL)、红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)对N-GQDs进行表征。结果表明:CA和Ur摩尔比不同,N-GQDs的发射波长由440 nm红移为525 nm;微波功率和微波加热时间对N-GQDs发射波长向长波方向转换有重要作用,初步实现了N-GQDs发射波长的可控合成。(3)基于N-GQDs的次氯酸盐荧光传感器构建及应用次氯酸盐具有较强的氧化性,与N-GQDs表面的氨基反应生成氯胺。基于氯胺与N-GQDs骨架发生分子内电子转移可使N-GQDs荧光减弱,建立了次氯酸盐荧光传感分析方法。在最优实验条件下,次氯酸盐的浓度与体系的荧光猝灭率在0.20-13μmol/L范围内呈线性关系,检出限为0.07μmol/L。常见离子不干扰体系荧光,该分析方法对次氯酸盐具有较高的选择性和相当的灵敏度,可以用于自来水、湖水中次氯酸盐的测定。(4)基于N-GQDs的Hg~(2+)荧光传感器构建及应用N-GQDs表面含有-COOH,-NH_2,-OH等官能团,能与Hg~(2+)产生相互作用,使体系荧光强度减弱。在最优实验条件下,Hg~(2+)的浓度与体系的荧光猝灭率在0.03-24μmol/L范围内呈线性关系,检出限为0.01μmol/L。常见离子不干扰体系荧光,该分析方法对Hg~(2+)具有较高的选择性和灵敏度,可用于自来水、媚湖水中Hg~(2+)的测定。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3

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本文编号：2304197