氨基酸和有机酸制备荧光碳点和有机小分子的初步探究
发布时间：2020-07-16 21:54
【摘要】：近些年,碳点的制备和光学性能研究取得了巨大的进展。然而,还有许多理论和实验方面的问题需要探索和解决。比如,在碳点材料的制备方面,激光烧蚀法、微波辅助法、电化学法等都可以实现碳点的制备,但是碳点表面官能团、结构对其光学性质的影响,以及发光机理还不是十分确定。因此,探索绿色环保的碳点制备方法,优化碳点的光学性质,获得高量子产率的荧光碳点十分必要。本论文使用氨基酸和有机酸作为原料,通过热分解聚合法制备荧光碳点。在此基础上,对碳点的形貌、结构、光学和电学等性质进行表征,并对其发光机理进行探究。本文主要内容如下:(1)首先,以L-半胱氨酸(Cys)为碳源,通过热分解聚合法制备荧光碳点。我们发现N和S原子掺杂可以提高碳点荧光强度,并显著提高电荷转移效率。此外,制备零维碳点和二维氧化石墨烯片的低维碳纳米复合材料,并研究了其光电转换性能。在这项工作中,用电沉积法制备p型氧化石墨烯(GO)和n型氮、硫共掺杂碳点(NS-CD)的纳米复合光电极薄膜,其光电化学性能测试结果表明,加入GO后,NS-CD的电荷重组受到抑制,光电流响应活性明显增强。这项工作可能为进一步开发具有优异性能的碳基光电器件提供新的途径。(2)高荧光强度和生物相容性凝胶类似物具有许多潜在的应用,但是它们的合成过程通常比较复杂。在此,我们探索了温和条件下利用有机小分子合成荧光凝胶类似物的可能性。本文报道了一种新型蓝色荧光凝胶类似物,其制备条件为:在低于100℃的空气中,加热柠檬酸(CA)和L-半胱氨酸水溶液,形成具有高荧光量子产率(89.6%)的荧光凝胶类似物。该方法具有制备工艺简单,成本低廉,生产规模化,易于加工等特点,适用于荧光标记和发光器件。此项工作为荧光凝胶类似物的制备提供了新的方法。(3)常规有机荧光基团通常具有大的共轭结构,其中碳碳双键/三键或芳环基π电子共轭体系通常被认为是光致发光中心的主要构建单元。本论文发现2,5-二氧代-1-吡咯烷的非芳香族官能团具有比较显著的荧光发射特性,这是基于N原子p轨道上的孤对电子和C = O上的相邻π轨道形成特殊的超共轭。由酒石酸和甘氨酸通过脱水缩合形成的荧光小分子表现出良好的光学稳定性和较低的细胞毒性。该类型非芳香共轭结构的荧光材料在细胞标记和荧光成像方面具有潜在的应用价值。
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TQ127.11
【图文】：
也说明石墨烯具有优越的导热性质［７］，石墨烯中电子的运动速度远远超过了逡逑一般的导体中的电子的运动速度，是目前电子传导速度最快的碳材料，也说明了石墨烯逡逑具有良好的导电性质［８１。如图１－１所示，石墨烯堆叠形成三维石墨，卷曲形成一维的碳逡逑纳米管，还可以包覆，形成零维富勒烯［５＞１（）］，因此人们称之为“碳材料之母”。逡逑ｍ逦崎逡逑图１－１石墨烯和各种碳纳米材料逡逑氧化石墨烯被称为功能化的石墨稀（ｆｌｍｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ），它的结构与石墨稀大逡逑体相同，只是在二维平面上连有一些官能团。主要是一些含氧官能团，如羟基、羰基、逡逑羧基等。与小分子化合物不同，氧化石墨烯并不存在固定的化学组成。每片氧化石墨烯逡逑的尺寸、氧化程度、所含的含氧官能团等都有所不同。这给石墨烯结构的确定带来极大逡逑困难。目前科学界普遍认同的一种氧化石墨烯的结构模型如图１－２所示。从图中可以看逡逑２逡逑
化石墨烯的制备分为两步，首先将石墨氧化制备得到氧化石墨，然后在外力化石墨剥离成氧化石墨烯。氧化石墨化学制备法是将石墨置于一定条件下与生氧化还原反应，从而在其片层间带上羰基、羟基等基团，这些基团的引入墨的表面呈负电性，易于吸附有机阳离子，因此易与其他物质复合形成复合为常用氧化石墨制备的化学方法主要有以下三种，即１３0）（＾法［２３］、ＳｔａｕｄｅｎＨｕｍｍｅｒｓ邋法［２２］。逡逑点逡逑碳点的结构及性质逡逑点（ＣＤｓ）是最近被发现的一种碳的纳米结构，与蜂房结构的石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｓＳ）材料相比，ＣＤｓ具有优越的光吸收和荧光发射性能；与无机半导体量子点相
图２－１邋ＮＳ－ＣＤ合成路线逡逑２．３．２反应产物ＮＳ－ＣＤ和ＧＯ以及ＧＯ／ＮＳ－ＣＤ的形态表征逡逑图２－２ａ是ＧＯ的透射电子显微镜（ＴＥＭ）图，其分散良好，并且具有清晰的折叠表面逡逑的片状形态。ＧＯ的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）图和原子力显微镜（ＡＦＭ）图（图２－２ｄ和ｇ）揭逡逑示了邋ＧＯ具有大约ｌ．Ｏｎｍ的片材高度，且均匀地分布在具有高表面覆盖率的铟锡氧化物逡逑（ＩＴＯ）衬底上，并且薄片在尺寸上具有几微米宽的尺寸分布。对于ＮＳ－ＣＤ样品，其ＴＥＭ逡逑图（图２－２ｂ）像显示其具有均匀的尺寸分布（平均尺寸为４ｎｍ）以及近球形形态，如图２－２ｂ逡逑中的插图所示，ＮＳ－ＣＤ在高分辨率ＴＥＭ图像中显示的晶格间距为０．２１ｎｍ，与石墨烯的逡逑（１００）晶格条纹一致。图３－２ｅ中的ＳＥＭ图显示ＮＳ－ＣＤ薄膜具有明显的表面缺陷，ＡＦＭ逡逑图像（图２－２ｈ）确认了邋ＮＳ－ＣＤ的均匀性，并表明颗粒的平均厚度约为１．５ｎｍ。需要指出的逡逑是，由于其相分离尺度大于激子扩散长度（约１０ｎｍ），独立的ＮＳ－ＣＤ光电极中可能存在逡逑严重的电子－空穴复合［９１］。相反
本文编号：2758562
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TQ127.11
【图文】：
也说明石墨烯具有优越的导热性质［７］，石墨烯中电子的运动速度远远超过了逡逑一般的导体中的电子的运动速度，是目前电子传导速度最快的碳材料，也说明了石墨烯逡逑具有良好的导电性质［８１。如图１－１所示，石墨烯堆叠形成三维石墨，卷曲形成一维的碳逡逑纳米管，还可以包覆，形成零维富勒烯［５＞１（）］，因此人们称之为“碳材料之母”。逡逑ｍ逦崎逡逑图１－１石墨烯和各种碳纳米材料逡逑氧化石墨烯被称为功能化的石墨稀（ｆｌｍｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ），它的结构与石墨稀大逡逑体相同，只是在二维平面上连有一些官能团。主要是一些含氧官能团，如羟基、羰基、逡逑羧基等。与小分子化合物不同，氧化石墨烯并不存在固定的化学组成。每片氧化石墨烯逡逑的尺寸、氧化程度、所含的含氧官能团等都有所不同。这给石墨烯结构的确定带来极大逡逑困难。目前科学界普遍认同的一种氧化石墨烯的结构模型如图１－２所示。从图中可以看逡逑２逡逑
化石墨烯的制备分为两步，首先将石墨氧化制备得到氧化石墨，然后在外力化石墨剥离成氧化石墨烯。氧化石墨化学制备法是将石墨置于一定条件下与生氧化还原反应，从而在其片层间带上羰基、羟基等基团，这些基团的引入墨的表面呈负电性，易于吸附有机阳离子，因此易与其他物质复合形成复合为常用氧化石墨制备的化学方法主要有以下三种，即１３0）（＾法［２３］、ＳｔａｕｄｅｎＨｕｍｍｅｒｓ邋法［２２］。逡逑点逡逑碳点的结构及性质逡逑点（ＣＤｓ）是最近被发现的一种碳的纳米结构，与蜂房结构的石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｓＳ）材料相比，ＣＤｓ具有优越的光吸收和荧光发射性能；与无机半导体量子点相
图２－１邋ＮＳ－ＣＤ合成路线逡逑２．３．２反应产物ＮＳ－ＣＤ和ＧＯ以及ＧＯ／ＮＳ－ＣＤ的形态表征逡逑图２－２ａ是ＧＯ的透射电子显微镜（ＴＥＭ）图，其分散良好，并且具有清晰的折叠表面逡逑的片状形态。ＧＯ的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）图和原子力显微镜（ＡＦＭ）图（图２－２ｄ和ｇ）揭逡逑示了邋ＧＯ具有大约ｌ．Ｏｎｍ的片材高度，且均匀地分布在具有高表面覆盖率的铟锡氧化物逡逑（ＩＴＯ）衬底上，并且薄片在尺寸上具有几微米宽的尺寸分布。对于ＮＳ－ＣＤ样品，其ＴＥＭ逡逑图（图２－２ｂ）像显示其具有均匀的尺寸分布（平均尺寸为４ｎｍ）以及近球形形态，如图２－２ｂ逡逑中的插图所示，ＮＳ－ＣＤ在高分辨率ＴＥＭ图像中显示的晶格间距为０．２１ｎｍ，与石墨烯的逡逑（１００）晶格条纹一致。图３－２ｅ中的ＳＥＭ图显示ＮＳ－ＣＤ薄膜具有明显的表面缺陷，ＡＦＭ逡逑图像（图２－２ｈ）确认了邋ＮＳ－ＣＤ的均匀性，并表明颗粒的平均厚度约为１．５ｎｍ。需要指出的逡逑是，由于其相分离尺度大于激子扩散长度（约１０ｎｍ），独立的ＮＳ－ＣＤ光电极中可能存在逡逑严重的电子－空穴复合［９１］。相反
【参考文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 王俊;氧化石墨烯负载金属硫化物（CdS，ZnS）的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2010年
本文编号：2758562
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