基于p-TsOH提纯木质素的碳量子点合成与应用研究
发布时间：2021-09-25 01:43
碳量子点是一种水溶性优良、生物相容性好、光稳定性高的新型碳基零维材料,有着与传统有机荧光染料、半导体量子点所不具备的优势,使它在生物成像、追踪药物释放、纳米电子器件等方面有着相当广阔的发展前景。木质素为世界上产量最大的天然芳香族高分子物质,只有不到5%的木质素被改性用作商业或工业用途,绝大部分被焚烧或以黑液的形式排放。木质素具有高含碳量、芳香共轭结构、表面官能团改性等特点,使其具有制备荧光碳量子点的优势。而目前限制木质素高值化利用的主要原因之一是其杂质含量高,纯度不足。为了获得高纯度木质素,本论文首先以对甲苯磺酸为提纯助剂,研究提纯工艺对木质素纯度及结构的影响,建立对甲苯磺酸提纯木质素的优化工艺。以提纯的木质素为原料制备木质素掺杂碳量子点,并将其与PNIPAM/PVA水凝胶相结合制得pH/温度双响应水凝胶,探索木质素掺杂碳量子点在水凝胶中的应用。论文系统地研究了木质素掺杂碳量子点的形貌、光学特性以及水凝胶的性能。p-TsOH提纯法研究结果表明,与碱溶酸析法相比,p-TsOH提纯工艺得到的木质素有着更高的纯度（高达99.38%,以Sigma木质素为标准样）、更高的酚羟基含量（高达4.12...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质素结构简图
华南理工大学硕士学位论文8进行酸处理和表面钝化，制得了有着良好水溶性的多色荧光碳量子点。超声法：Zhu等[29]从铜基板上移除在LIB中循环了400次的石墨颗粒，并在水中超声剥离2小时，制得含有黑色石墨颗粒的混合物。对该混合物进行离心和透析处理后，即可获得荧光量子产率为1.2%的碳量子点悬浮液。图1-3为从LIB中超声剥离石墨制碳量子点的示意图。图1-3从LIB中超声剥离石墨制碳量子点的示意图Fig.1-3CDsformationfromthelithium-intercalatedgraphite（2）“自下而上”法电化学法：Lu等[34]将石墨棒和高取向热解石墨（HOPG）作为阳极插入离子液体（1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（或1-甲基-3-丁基咪唑氯化物））/水溶液中，并以铂电极作为对电极，使用直流电源将1.515V的静态电位施加到两个电极，对石墨烯进行剥离。用水和乙醇将产物洗至中性，经过离心过滤处理后，即可制得荧光纳米碳量子点。该方法需要精确地控制电流电压，存在设备要求高、能耗过大等问题。微波法：Zhu等[30]把不同量的PEG-200和糖（葡萄糖，果糖等）配成透明溶液，并微波加热2～10分钟。随着时间的延长，溶液从最初的无色逐渐变成黄色，最后再变成深棕色，制得光稳定性高和水分散性优异的荧光碳量子点。虽然微波法方法简单、原料易得、对环境无污染，但是制得的碳量子点荧光效率过低且不可控。超声合成法：Li等[31]将1mol/LNaOH或36wt%HCl溶液加入到浓度为1mol/L葡萄糖溶液中，对该混合液进行4小时的超声处理后，即可制备出粒径小于5nm的荧光碳量子点。超声法需要在强酸或强碱等苛刻条件下进行，设备要求高，同时存在荧光效率过低的问题。水热法：Hou等[32]将柠檬酸、L-酪氨酸甲酯盐酸盐和水搅拌混合成均一的溶液，在200℃下加热5小时后，并将得到的棕色?
华南理工大学硕士学位论文101.3.2碳量子点的荧光机理碳量子点是一种具有优良荧光特性的新兴零维碳材料。碳量子点不但拥有良好的光诱导电子转移性，而且还是优良的电子给体与受体。但目前科研界对碳量子点的荧光机理还没有统一的定论，较为主流的观点有：量子尺寸效应[38]、表面能量陷阱[39]。（1）量子尺寸效应量子尺寸效应是粒径处于纳米级别的颗粒，其费米能级附近的能级由准连续突变为离散，使得它有着与宏观材料明显差别的性质。Li等[38]以乙醇/H2O/NaOH溶液为电解质、以石墨棒为阳极和阴极，采用电化学的方法合成不同粒径的碳量子点。实验研究发现，碳量子点的荧光特性是随粒径大小的变化而发生变化的（如图1-4所示）：小粒径的碳量子点（1.2nm）能发出紫外光（约350nm），中等粒径的碳量子点（1.5～3nm）能发出可见光（400～700nm），大粒径的碳量子点（3.8nm）能发出近红外光（约800nm）。碳量子点的带隙间距与粒径大小呈现负相关的关系，即其带隙间距随碳量子点粒径的增大而逐渐减校图1-4带隙间距随粒径变化示意图Fig.1-4Bandgapasafunctionofparticlesize（2）表面能量陷阱碳量子点表面能级及其间距的重要影响因素是碳量子点表面的能量陷阱（即表面所含官能团的种类及数量）。Sung等[39]通过实验研究发现，在碳量子点表面修饰-NH2基团能使其荧光发射发生红移；并通过理论计算得知，当碳量子点的表面修饰1～6个-NH2数目时，其带隙间距会随表面修饰基团数目的增加而逐步减小，带隙间距与氨基数目的关系如图1-5所示。Zhu等[40]发现，修饰和还原都能调节碳量子点的表面基团，从而改变非辐射过程和由-OH
本文编号：3408844
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
木质素结构简图
华南理工大学硕士学位论文8进行酸处理和表面钝化，制得了有着良好水溶性的多色荧光碳量子点。超声法：Zhu等[29]从铜基板上移除在LIB中循环了400次的石墨颗粒，并在水中超声剥离2小时，制得含有黑色石墨颗粒的混合物。对该混合物进行离心和透析处理后，即可获得荧光量子产率为1.2%的碳量子点悬浮液。图1-3为从LIB中超声剥离石墨制碳量子点的示意图。图1-3从LIB中超声剥离石墨制碳量子点的示意图Fig.1-3CDsformationfromthelithium-intercalatedgraphite（2）“自下而上”法电化学法：Lu等[34]将石墨棒和高取向热解石墨（HOPG）作为阳极插入离子液体（1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（或1-甲基-3-丁基咪唑氯化物））/水溶液中，并以铂电极作为对电极，使用直流电源将1.515V的静态电位施加到两个电极，对石墨烯进行剥离。用水和乙醇将产物洗至中性，经过离心过滤处理后，即可制得荧光纳米碳量子点。该方法需要精确地控制电流电压，存在设备要求高、能耗过大等问题。微波法：Zhu等[30]把不同量的PEG-200和糖（葡萄糖，果糖等）配成透明溶液，并微波加热2～10分钟。随着时间的延长，溶液从最初的无色逐渐变成黄色，最后再变成深棕色，制得光稳定性高和水分散性优异的荧光碳量子点。虽然微波法方法简单、原料易得、对环境无污染，但是制得的碳量子点荧光效率过低且不可控。超声合成法：Li等[31]将1mol/LNaOH或36wt%HCl溶液加入到浓度为1mol/L葡萄糖溶液中，对该混合液进行4小时的超声处理后，即可制备出粒径小于5nm的荧光碳量子点。超声法需要在强酸或强碱等苛刻条件下进行，设备要求高，同时存在荧光效率过低的问题。水热法：Hou等[32]将柠檬酸、L-酪氨酸甲酯盐酸盐和水搅拌混合成均一的溶液，在200℃下加热5小时后，并将得到的棕色?
华南理工大学硕士学位论文101.3.2碳量子点的荧光机理碳量子点是一种具有优良荧光特性的新兴零维碳材料。碳量子点不但拥有良好的光诱导电子转移性，而且还是优良的电子给体与受体。但目前科研界对碳量子点的荧光机理还没有统一的定论，较为主流的观点有：量子尺寸效应[38]、表面能量陷阱[39]。（1）量子尺寸效应量子尺寸效应是粒径处于纳米级别的颗粒，其费米能级附近的能级由准连续突变为离散，使得它有着与宏观材料明显差别的性质。Li等[38]以乙醇/H2O/NaOH溶液为电解质、以石墨棒为阳极和阴极，采用电化学的方法合成不同粒径的碳量子点。实验研究发现，碳量子点的荧光特性是随粒径大小的变化而发生变化的（如图1-4所示）：小粒径的碳量子点（1.2nm）能发出紫外光（约350nm），中等粒径的碳量子点（1.5～3nm）能发出可见光（400～700nm），大粒径的碳量子点（3.8nm）能发出近红外光（约800nm）。碳量子点的带隙间距与粒径大小呈现负相关的关系，即其带隙间距随碳量子点粒径的增大而逐渐减校图1-4带隙间距随粒径变化示意图Fig.1-4Bandgapasafunctionofparticlesize（2）表面能量陷阱碳量子点表面能级及其间距的重要影响因素是碳量子点表面的能量陷阱（即表面所含官能团的种类及数量）。Sung等[39]通过实验研究发现，在碳量子点表面修饰-NH2基团能使其荧光发射发生红移；并通过理论计算得知，当碳量子点的表面修饰1～6个-NH2数目时，其带隙间距会随表面修饰基团数目的增加而逐步减小，带隙间距与氨基数目的关系如图1-5所示。Zhu等[40]发现，修饰和还原都能调节碳量子点的表面基团，从而改变非辐射过程和由-OH
本文编号：3408844
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3408844.html
教材专著
