碳量子点的制备及其在环境与生物分析中的应用

发布时间：2017-04-29 19:11

  本文关键词：碳量子点的制备及其在环境与生物分析中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳是自然界分布最广泛的元素之一,也是构成地球上一切生物有机体的骨架元素。随着纳米科技的发展,主要由碳构成的纳米材料如碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维和碳量子点都被制备出来且有很好的应用前景。其中,碳量子点是一种尺寸小于10 nm的,单分散的,几何形状近乎准球形的新型碳纳米功能材料。与传统的半导体量子点和有机染料相比,荧光碳量子点具有制备方法简单、水溶性好、光稳定性高、毒性低、易于功能化、生物相容性好和激发发射波长可调性等优点。因此,荧光碳量子点在环境监测、生物传感、生物成像、非线性光学、光电转换和光催化等方面有着广泛的应用。本文在前期研究基础上采用不同方法制备了一系列具有不同荧光性能的碳量子点,并对其组成、结构和光学性质等进行了探索和研究:首先,以乙二胺、苹果酸和L-半胱氨酸为原料,采用水热回流法制备了具有蓝色荧光的水溶性碳量子点。通过透射电镜(TEM)表征发现该碳量子点的平均粒径是3.5 nm;X射线衍射光谱(XRD)表明该碳量子点具有完整连续的晶体结构;其紫外-可见吸收峰在283 nm和375 nm左右,最大激发波长为370 nm处有蓝色荧光;研究发现加入硫源的L-半胱氨酸可使其荧光增强,但荧光峰没有移动;红外光谱表明该碳量子点表面具有-NH2,-COOH,-OH和-SH等官能团;此外,通过X射线光电子能谱(XPS)表明该碳量子点主要由C、N、O和S等元素构成,进一步证实了该碳量子点掺杂N和S两种元素。最后,通过对该碳量子点的荧光性能进行分析,发现其量子产率高达23.84%。其次,以二乙胺和三氯甲烷为前驱体,通过加热回流法制备了三种具有不同荧光的水溶性碳量子点,其荧光峰分别为545 nm,650 nm和745 nm,平均粒径为4 nm、7 nm和20 nm。通过X射线衍射光谱(XRD)表明这三种碳量子点都具有完整连续的晶体结构;紫外光学性能接近,分别在313 nm、415 nm和514 nm附近具有紫外峰;红外光谱表明该方法制备的碳量子点表面具有-NH2,-OH和-CO-等功能基团,该类碳量子点易于功能化修饰。最后,基于Cu~(2+)对所制备的碳量子点(λem=650 nm)具有选择性猝灭作用,可建立检测Cu~(2+)的近红外(Near-infrared,NIR)荧光分析新方法。在最佳实验条件下,该方法的检测范围是0.01μM-150μM,最低检出限为3.4 n M,并用于实际水样中Cu~(2+)的检测,加标回收率为90%-110%。此外,所制备的具有近红外荧光的碳量子点可用于细胞成像,表明该类碳量子点在生物成像研究中具有很好的应用前景。
【关键词】：碳量子点 近红外荧光 荧光猝灭 Cu~(2+)检测 细胞成像
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O657.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 碳纳米材料12
• 1.2 碳量子点12-13
• 1.3 碳量子点的制备13-18
• 1.3.1 电弧放电法13-14
• 1.3.2 激光消融法14-15
• 1.3.3 电化学法15-16
• 1.3.4 燃烧法16
• 1.3.5 热解法16-17
• 1.3.6 微波法17-18
• 1.3.7 超声波法18
• 1.4 碳量子点的光学特性18-24
• 1.4.1 紫外-可见光吸收特性19
• 1.4.2 光致发光特性19-21
• 1.4.3 光稳定性21-22
• 1.4.4 上转换荧光发射特性22
• 1.4.5 电化学发光特性22-23
• 1.4.6 高生物相容性和低细胞毒性23-24
• 1.5 碳量子点的应用24-29
• 1.5.1 分析检测24-26
• 1.5.2 生物成像26-28
• 1.5.3 其它应用28-29
• 1.6 本论文的选题意义及主要研究内容29-31
• 1.6.1 本论文的选题意义29
• 1.6.2 本论文的主要研究内容29-31
• 第二章 新型荧光碳量子点的制备及其性能研究31-42
• 2.1 引言31-32
• 2.2 实验部分32-34
• 2.2.1 实验试剂和仪器32
• 2.2.2 实验方法32-34
• 2.3 结果与讨论34-41
• 2.3.1 制备碳量子点的条件优化34-36
• 2.3.2 碳量子点的形貌和结构分析36-37
• 2.3.3 XPS分析37-38
• 2.3.4 碳量子点的红外光谱分析38-39
• 2.3.5 碳量子点的光学性质39-40
• 2.3.6 量子产率的计算40-41
• 2.4 小结41-42
• 第三章 荧光碳量子点的制备及其在Cu~(2+)检测中的应用42-55
• 3.1 引言42-43
• 3.2 实验部分43-45
• 3.2.1 实验试剂和仪器43
• 3.2.2 实验方法43-45
• 3.3 结果与讨论45-52
• 3.3.1 碳量子点的形貌和结构分析45-46
• 3.3.2 红外光谱分析46-47
• 3.3.3 荧光性能分析47-49
• 3.3.4 Cu~(2+)检测49-51
• 3.3.5 Cu~(2+)检测的标准曲线与检出限51-52
• 3.4 实际样品的测定52
• 3.5 Cu~(2+)对CDs荧光猝灭机理的探讨52-54
• 3.6 小结54-55
• 第四章 近红外荧光碳量子点的制备及其细胞成像应用55-61
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-57
• 4.2.1 实验试剂和仪器55-56
• 4.2.2 实验方法56-57
• 4.3 结果与讨论57-60
• 4.3.1 碳量子点的形貌和结构分析57-58
• 4.3.2 碳量子点的红外光谱分析58-59
• 4.3.3 碳量子点的光学性质分析59
• 4.3.4 碳量子点的细胞成像59-60
• 4.4 小结60-61
• 第五章 结论与展望61-62
• 5.1 论文小结61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间发表的论文74

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