微波水热高产率合成亚铁离子特异响应性荧光碳点

发布时间：2020-04-17 11:19

【摘要】：铁是人体必需的微量元素之一,而人体内可以利用的铁都是二价,所以人体中Fe~(2+)的含量十分重要,同时环境中Fe~(2+)的含量也是评估水质的重要指标,因此Fe~(2+)的检测工作非常有必要并且意义重大。荧光碳点作为一种新型的荧光碳纳米材料,具有良好的发光性能与小尺寸特性,而且还具有优秀的生物相容性与荧光稳定性。因此,在离子检测等领域有着良好的应用前景。目前荧光碳点的合成产率与制备效率偏低,量子产额也不高,功能单一。选用微波水热法代替水热法可以提高制备荧光碳点的效率,而相比微波法又具有压力温度可控的优势,避免发生更多副反应,使产物更纯。荧光碳点的性质与合成碳点的来源密切相关,为了获得具有优良特性的荧光碳点,应从前驱体入手,目前各种元素掺杂碳点应运而生,但通过调控荧光碳点官能团而改变荧光碳点性质的研究亟待开展。本文以壳聚糖/含不同官能团的不饱和前体为前驱体,利用微波水热碳化合成了含特定官能团的碳点,利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱探究了其光学性能,研究了前驱体官能团对产物合成产率、荧光性能的影响。利用透射电镜、X射线衍射图谱、红外光谱与X射线光电子能谱表征了源于不饱和前体的碳点物相结构、元素组成与键合状态。探究了CDs-NH_2为荧光探针在铁离子检测的应用。结果表明:微波水热碳化60分钟可合成荧光碳点,并且碳碳双键可以提高合成产率。分别以壳聚糖/不饱和酰胺、不饱和羧酸或不饱和酯作为双组份碳源,利用微波水热合成了4种荧光碳点,分为含氨基荧光碳点(CDs-NH_2)、含羧基荧光碳点(CDs-COOH)和含酯基荧光碳点(CDs-COOR)和含氨基/羧基双官能团荧光碳点(CDs-NH_2-COOH)。以上4种碳点中,CDs-NH_2的合成产率为45.9 wt%,相比壳聚糖作为单一碳源的荧光碳点(CDs),CDs-NH_2的合成产率提高了约6.8倍。CDs-NH_2以无定形态碳为主,平均粒径为10.9 nm。主要含有的元素为C、N、O,其中C:N:O质量比为72.07:7.39:20.54,且CDs-NH_2中存在-NH_2、-OH等活性基团。CDs-NH_2的最大激发波长为330 nm,对应的最大发射波长为409 nm,具有波长依赖性。CDs-NH_2的量子产额为12.17%,相比壳聚糖作为单一碳源的荧光碳点(CDs),CDs-NH_2的量子产额提高了103%,这得益于氨基中N含量高,提高了荧光碳点量子产额。当溶液pH值为4-10时,CDs-NH_2的荧光强度波动值2.1%,因此其具有良好的pH值荧光稳定性。CDs-NH_2对Fe~(2+)有选择猝灭效应,线性检测范围为0-50μM,检测限为160 nM。在检测Fe~(2+)时,CDs-NH_2对其他金属离子的抗干扰性良好。对该荧光碳点检测真实水样中的Fe~(2+)具有重要意义,并实现利用荧光图像法测定Fe~(2+)浓度。通过与Na_2EDTA竞争,CDs-NH_2与Fe~(2+)的螯合力更强,有作为Fe~(2+)螯合剂的潜力。
【图文】：

发光机理

备碳纳米点的原料除了以上提到的石墨、碳纳米碳源，如柠檬酸、EDTA、葡萄糖[14-16]等，通过纳米点。聚合物点通常指非共轭高分子通过交点，其往往不具备晶格结构。聚合物点的前驱体、蛋壳膜等，，也可以是壳聚糖、聚丙烯酰胺[20-21]合成聚合物点往往含有部分前驱体的特有结构饰方面进行操作，对于后续合成双功能或多功种新兴的荧光材料，应归属于功能材料，以结构外文献更多将以上三者统称为碳点。与猝灭机理繁多，其合成方法、表面结构、表面化学状态与能心也不尽相同。通过查阅文献与结合课题制备方点的发光机理应如图 1-1 所示[29]。

示意图,荧光,机制,示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文绿色合成的一大障碍。Gong 等人[32]选用三磷酸腺苷作为前驱体材料制备掺杂的碳点，其中 P/C 原子比为 9.2:100，该碳点可用作检测活性自由基材料，被活性氧分子(reactive oxygen species，ROS)和活性氮分子(regen species，RNS 包括 ClO-、ONOO-、和 NO)特异性猝灭。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3

【参考文献】