碳基纳米材料的制备及其在检测和光电化学能量转换中的应用

发布时间：2017-06-18 16:17

  本文关键词：碳基纳米材料的制备及其在检测和光电化学能量转换中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳基纳米材料,基于其独特的光电性质和良好的生物相容性,在生物检测和催化等领域有广泛的应用前景。然而,碳基纳米材料的性质和应用还有待于进步研究。本文利用回流、热解等不同的化学方法设计制备了不同的碳基纳米材料。从研究其结构和性质出发,研究了碳点(CDs)对诺氟沙星(NOR)检测和对Zn2+检测的应用,并进一步探索了氮化碳/二氧化钛纳米管阵列(C3N4/TiO2 NTs)在光电化学能量转换中的应用。本文的主要内容如下：1.通过回流的方法制备了强荧光碳点(CDs)。所制备的碳点尺寸为4-7 nm,并且具有良好的荧光稳定性。研究发现,随着诺氟沙旱(NOR)浓度的增加,CDs-NOR体系的荧光强度逐渐增强。实验证明,所获得的强荧光CDs可以作为无标记的荧光探针实现对NOR方便、灵敏的检测。其最低检测限为1.33×10-8 mol·L-1,检测范围从1.33×10-8 mol·L-1到2×105 mol·L-1(相关系数为0.995,pH为5.9)。实验表明CDs-NOR体系荧光的增强归结于CDs和NOR之间的氢键作用。2.以葡萄糖为碳源,通过一步回流的方法制备了碳点(CDs)。所得到的CDs具有均匀的尺寸分布和良好的荧光性质。以CDs作为能量给体,槲皮素-Zn2+作为能量受体,建立起基于荧光共振能量转移(FRET)机制的体系米检测Zn2+。这种体系可以实现对Zn2+高灵敏性和高选择性的检测。研究证明,该体系对于Zn2+的最低检测限为2×10-6mol·L-1,检测范围从2×10-6mol·L-1剑1×10-4mol·L-1。此外,实验进一步证明这种方法可以成功实现对生物体系中(活的Hela细胞)Zn2+的检测。3.通过在二氧化钛纳米管阵列(Ti02 NTs)表面原位生长C3N4的方法制备了C3N4/TiO2 NTs光电极。利用透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱仪(XPS)等表征技术研究了C3N4/Ti02 NTs的结构和性质。实验表明,C3N4作为敏化剂可以明显增强Ti02 NTs在可见光区的光响应。在模拟太阳光照射下(AM 1.5G,100 mW·cm-2), C3N4/Ti02 NTs光电极的光电流密度是TiO2 NTs光电极的光电流密度的六倍。C3N4/TiO2NTs光电极的平均氢气析出速率为19.1 μmol·h-1(电极活性面积约为0.7 cm2),法拉第效率达到97%。
【关键词】：碳基纳米材料 制备 检测 光电化学性能
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 碳基纳米材料概述9-10
• 1.2 碳基纳米材料的研究进展10-16
• 1.2.1 碳基纳米材料的合成10-14
• 1.2.2 碳基纳米材料的应用14-16
• 1.3 光电化学能量转换概述16-17
• 1.4 本课题的选题意义和研究内容17-18
• 参考文献18-25
• 第二章 荧光碳点方便、灵敏的检测诺氟沙星25-49
• 2.1 前言25-26
• 2.2 仪器及试剂26-27
• 2.3 实验与表征27-28
• 2.3.1 样品的制备27
• 2.3.2 CDs对NOR的检测27-28
• 2.3.3 CDs表面羟基、羧基数量的测定28
• 2.3.4 数据归一化方法28
• 2.4 结果和讨论28-43
• 2.4.1 CDs的结构和性质28-31
• 2.4.2 CDs-NOR体系的表征31-35
• 2.4.3 CDs用于NOR的高灵敏和高选择性检测35-39
• 2.4.4 CDs-NOR体系荧光增强机理的研究39-43
• 2.5 结论43-44
• 参考文献44-49
• 第三章 荧光碳点灵敏的检测锌离子49-68
• 3.1 前言49-50
• 3.2 仪器及试剂50
• 3.3 实验和表征50-51
• 3.3.1 CDs的制备50
• 3.3.2 对Zn~(2+)的检测50-51
• 3.3.3 在细胞中对Zn~(2+)的检测51
• 3.3.4 细胞毒性分析51
• 3.4 结果与讨论51-64
• 3.4.1 样品的表征51-56
• 3.4.2 基于FRET机制的检测体系的建立56-58
• 3.4.3 基于FRET机制的检测体系检测Zn~(2+)58-63
• 3.4.4 在生物体系中检测Zn~(2+)63-64
• 3.5 结论64
• 参考文献64-68
• 第四章 C_3N_4敏化的TiO_2纳米管阵列光电极增强的光电化学性能68-90
• 4.1 前言68-69
• 4.2 仪器及试剂69-70
• 4.3 实验和表征70-71
• 4.3.1 TiO_2 NTs的制备70
• 4.3.2 C_3N_4的制备70
• 4.3.3 C_3N_4/TiO_2 NTs的制备70
• 4.3.4 光电极的制备70-71
• 4.4 结果与讨论71-83
• 4.4.1 样品的表征71-77
• 4.4.2 光电化学性能研究77-82
• 4.4.3 机理讨论82-83
• 4.5 结论83
• 参考文献83-90
• 第五章 总结90-91
• 攻读学位期间本人公开发表的论文91-93
• 致谢93

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