基于ZnSe核壳量子点的重金属离子传感研究

发布时间：2020-06-28 07:32

【摘要】：重金属是一类危害较大的环境污染物。与现有的仪器分析技术相比,以功能化量子点为基础构建的多功能纳米传感器已经成为环境监测和分析化学领域的研究热点。但是受到传感机制以及材料的影响,纳米传感器在实际应用中仍然存在着一些问题,如选择性不足、灵敏度低、传感机制不明等问题。本论文针对上述问题,设计和制备了四种新型量子点纳米传感器,用于高灵敏度和高选择性检测水中的痕量重金属离子。具体研究内容阐述如下： (1)合成了巯基丙酸功能化的ZnSe/ZnS核壳量子点纳米传感器,并用于快速检测5～70nM的Hg2+离子。该纳米传感器在5-40nM范围内具有较好线性相关性,检测限达到2.5nM。采用红外和理论计算等手段,重点研究了重金属离子与巯基丙酸的相互作用,提出了该纳米传感器的选择性检测模型。 (2)合成了Mn-ZnSe量子点,其荧光量子产率达到14%；考察了不同巯基配体对掺杂量子点光学性质的影响；采用模拟计算手段,构建了掺杂量子点和表面配体交换过程的模型,解释了巯基配体功能化过程中所出现的荧光增强现象。 (3)制备了两种不同配体功能化的Mn-ZnSe/ZnS核壳量子点纳米传感器。其中,巯基丙酸功能化的Mn-ZnSe/ZnS纳米传感器能对0.1～20nM范围的痕量Hg2+离子进行检测,在0.1～1.5nM内具有线性相关性,检测限达到0.1nM。与ZnSe/ZnS核壳量子点纳米传感器相比,该纳米传感器检测限降低了24倍；用谷胱甘肽功能化的Mn-ZnSe/ZnS纳米传感器,对5～100nM范围内As3+离子进行检测,检测限达到5.1nM。 (4)合成了超小尺寸的Cu-ZnIn2Se4/ZnSe核壳纳米晶,其荧光量子产率达到20%,斯托克斯位移达到467meV。考察了不同的Zn/In比例以及铜掺杂量对三元纳米晶光学性质的影响；对其进行功能化后制备的纳米传感器对5～140nM范围内的Hg2+离子进行检测,检测限达到10nM。综上所述,本论文针对我国水环境安全和水质监测的需求,结合量子点荧光纳米材料独特的光学性质和材料化学、计算化学等领域相关技术,合成了三种半导体量子点材料,针对水中痕量重金属离子制备了四种新型纳米传感器,考察了量子点、表面有机配体以及目标分析物之间的内在关联,揭示了纳米传感器的传感检测机制,从而为功能化量子点材料在环境传感与检测领域的应用提供实验基础和理论依据。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X832;TP212
【图文】：

示意图,纳米传感器,示意图

物的检测体系1341。一般情况下，纳米传感器由信号源供体和分析物接收器两部分组成，如图1.1所示。信号源供体顾名思义是整个传感器体系的信号来源，可以通过外部仪器读取信号强度。接收器是与目标分析物直接接触部分，它们之间的相互作用决定了传感器对目标分析物的选择性。当接收器与分析物作用后，导致信号源供体的物理化学性质变化，最终引起光学或磁性信号变化；然后通过外部仪器读取光谱信号变化后，建立目标物浓度和光谱信号强度之间的关系因为纳米传感器的设计、合成、应用涉及到的领域很广泛，从固态物理到分子生物学，所以需要全面考虑信号供体、接受器以及目标物三者之间的相互作用，同时还需考虑外部环境对整个传感器性能的影响，最终才能制备出高效敏感高选择性的纳米传感器[37_39〗。Nanosensor图1.1纳米传感器组成示意图Fig. 1.1 Scheme of nanosensor components纳米传感器的信号一般是光学信号，如焚光光强、吸光度这些光学信号主要来自于纳米材料

纳米材料,能级,尺寸,纳米传感器

例如量子尺寸效应、能级从连续态转变为离散状态、禁带宽度扩大、表面缺陷增多、超顺磁现象、表面等离子共振现象，如图1.2所示。这些新的现象和性质为纳米材料在传感、光电器件、生物标记领域的应用提供了广阔的研究和发展空间[49_52]。相较于发展较为成熟的仪器分析方法，纳米传感器具有以下优势：（1)能对痕量的分析物进行快速检测；（2)成本低廉、所需的剂量少；（3)样品前处理步骤简单；（4)便于携带，能在现场快速大批量的进行检测分析。因此，纳米传感器被广泛的应用于环境分析、生物传感、焚光标记、食品监测等研究领域-3-

【共引文献】