碳量子点表面态的设计及其对性能的影响

发布时间：2017-08-14 00:22

  本文关键词：碳量子点表面态的设计及其对性能的影响

  更多相关文章： 碳量子点 表面态 光致发光 光催化

【摘要】：碳量子点以其独特的光电性能、高的稳定性和环境友好性而备受关注。与传统半导体量子点不同的是:传统半导体量子点性能与尺寸有较大的依赖性,而碳量子点的性能不仅受尺寸影响,还受表面成分、基团决定。因此,本文通过化学反应设计了碳量子点的表面成分与基团,研究了这些成分、基团特别是氮、硫、氧等元素对碳量子点性能的影响及其依赖关系。具体研究创新工作如下:第一,以对氨基苯磺酸为原料,通过水热法一步合成了硫、氮共掺杂的碳量子点。实验结果表明:制备的碳量子点尺寸分布均匀,氮、硫分别以氨基和磺酸基团的形式存在于碳量子点的表面。与已有的报道不同,碳量子点展现出了非激发波长依赖的蓝光发射行为,三价铁离子可有效猝灭其荧光,铁离子浓度在0-10~-3 mol·L~-1范围内与碳量子点的荧光猝灭程度呈现良好的线性关系,检出限约为10-~7 mol·L-~1。制备的碳量子点对三价铁离子具有高选择性、高灵敏性以及较好的抗干扰能力,能作为三价铁离子检测的传感器。第二,通过水热法将对氨基苯磺酸与对氨基苯硫酚分别与柠檬酸碳量子点反应,从而将磺酸基与巯基接枝到柠檬酸碳量子点表面。实验结果表明:通过改变碳量子点表面的表面态,可以调控其光致发光性质。磺酸基修饰的柠檬酸碳量子点可以将柠檬酸碳量子点发光峰从453 nm调控到491 nm,巯基修饰的柠檬酸碳量子点可以将柠檬酸碳量子点发光峰从453 nm调控到530 nm,从而实现了碳量子点的荧光发射的可调。第三,通过水热法制备了表面具有含氧基团的碳量子点。利用化学方法对碳量子点表面的羰基、羟基和羧酸基团进行了选择性钝化,对比了碳量子点表面不同含氧基团的光催化活性。实验结果表明碳量子点表面的羰基对碳量子点的光催化性能起着决定性的作用。因此,可以通过提高碳量子点表面的羰基数量来提升碳量子点的光催化活性。
【关键词】：碳量子点 表面态 光致发光 光催化
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 前言10-11
• 1.2 碳量子点的结构和光学性质11-12
• 1.3 碳量子点的表面修饰12-16
• 1.3.1 氮元素掺杂碳量子点12-15
• 1.3.2 其他元素掺杂碳量子点15-16
• 1.4 碳量子点的应用16-21
• 1.4.1 化学传感器16-17
• 1.4.2 生物传感器17-18
• 1.4.3 生物成像18-19
• 1.4.4 纳米医学19-20
• 1.4.5 光催化20-21
• 1.5 研究目的与意义21
• 1.6 研究内容21-23
• 第二章 一步合成硫、氮共掺杂的碳量子点及其在Fe~(3+)检测中的应用23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-24
• 2.2.1 实验原料及仪器23-24
• 2.2.2 实验方法24
• 2.3 表征手段24-25
• 2.3.1 微观结构分析24-25
• 2.3.2 光致发光分析25
• 2.3.3 表面官能团分析25
• 2.4 结果和讨论25-30
• 2.4.1 氮、硫共掺杂碳量子点的表征与性质研究25-28
• 2.4.2 碳量子点对Fe~(3+)的检测28-29
• 2.4.3 Fe~(3+)对碳量子点的荧光猝灭机理29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 不同表面态的碳量子点及其发光性质31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 实验原料与仪器31-32
• 3.2.2 实验方法32-33
• 3.3 结果与讨论33-39
• 3.3.1 磺酸基、巯基修饰的碳量子点的结构表征33-37
• 3.3.2 磺酸基、巯基修饰的碳量子点的发光性质37-39
• 3.4 影响碳量子点发光性质的因素39-43
• 3.4.1 配比39-40
• 3.4.2 温度40-42
• 3.4.3 官能团42-43
• 3.5 机理分析43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 通过化学方法确认碳量子点在光催化中的活性区域45-51
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-47
• 4.2.1 实验原料与仪器45-46
• 4.2.2 实验方法46-47
• 4.3 结果与讨论47-50
• 4.3.1 碳量子点的结构表征47-49
• 4.3.2 含氧基团对光催化活性的影响49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果64-65
• 致谢65-66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 季雷华;高素莲;张斌;;量子点的合成、毒理学及其应用[J];环境化学;2008年05期

2 王富;刘春艳;;发光碳量子点的合成及应用[J];影像科学与光化学;2011年04期

3 伊魁宇;王猛;邵明云;;量子点作为离子探针的分析应用[J];广州化工;2012年11期

4 罗慧;李曦;方婷婷;刘鹏;;量子点的毒性研究进展[J];材料导报;2013年19期

5 田瑞雪;武玲玲;赵清;胡胜亮;杨金龙;;碳量子点的氨基化及其对发光性能的影响[J];化工新型材料;2014年01期

6 ;“量子点”晶体将推动部分物理工艺的进步[J];光机电信息;2002年10期

7 徐万帮;汪勇先;许荣辉;尹端l，

本文编号：669813