水热法制备水溶性碳点及其荧光性能与应用研究

发布时间：2017-04-12 13:16

  本文关键词：水热法制备水溶性碳点及其荧光性能与应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着纳米技术的产生与发展,碳材料大家庭不断壮大。碳量子点(简称碳点)作为这个大家庭中的新成员,因其具有粒径小,毒性低,水溶性好,荧光性能优异和光稳定性强等优点而备受研究者的关注。目前碳点的研究尚处于起步阶段,还有许多实验和理论方面的问题值得探索和解决。例如寻找更绿色环保的碳源通过更简单安全、易操作的方法来合成性能更好,量子产率更高的碳点,碳点作为新型荧光探针在生物标记上更深入的应用,基于碳点复合材料的光催化剂的进一步研究等等。可以预见,对碳点的研究和探索,不仅对生产和生活有重要的影响,更多的将引领我们朝向绿色可持续发展的方向迈向新的一步。基于以上阐述,本论文主要做了以下工作：1使用蔗糖作为碳源,采用水热法成功制备了水溶性好,荧光性能优异的碳点。通过对碳点的红外光谱和XPS能谱分析解释了碳点水溶性好的原因。改变反应前驱液的pH值、反应温度以及反应时间,分别制备了一系列的碳点,通过表征这些碳点的形貌、荧光发射光谱、吸收光谱和量子产率等方面来详细讨论了制备条件的变化,对制得碳点荧光性能的影响。实验结果表明由于反应条件的改变,制得碳点的粒径分布相应发生改变,从而引起碳点的荧光光谱发生红移或蓝移。2使用雪松的松针作为碳源,采用水热法成功制备了水溶性好,荧光性能优异的碳点,该工作中选用的碳源,绿色环保,来源广泛,廉价易得,安全无毒,可用于大批量生产碳点。制得的碳点大小在8-10nm,在细胞毒性测试中表现极佳,即使碳点浓度高达1000μg/mL,细胞成活率也远高于国际标准,碳点的低毒性说明其具有很好的生物相容性,选用S180细胞进行细胞标记,通过激光共聚焦显微镜拍摄的照片可以看出,碳点成功进入细胞并发出荧光,进一步观察发现进入细胞的碳点主要分布于细胞膜和细胞质中。3使用还原型谷胱甘肽作为碳源,利用水热法一步合成了含有S掺杂的碳点。合成的S掺杂碳点的量子产率较高,荧光寿命较短,经实验论证,铅离子Pb2+的加入会使S掺杂碳点溶液的荧光强度降低,这种猝灭作用可以归因于加入的铅离子Pb2+与碳点表面的S以及N的结合从而导致了碳点的荧光猝灭。因此合成的S掺杂碳点可以作为荧光探针用于Pb2+离子的检测,通过定性检测实验和干扰离子实验证明了该荧光探针对Pb2+离子的检测具有非常高的选择性。敏感实验证明荧光探针的荧光强度对铅离子Pb2+的浓度非常敏感,荧光强度随着铅离子Pb2+浓度的升高而逐渐降低,敏感度可以精确到0.1 nM。4使用蔗糖作为碳源制得的碳点,分别和利用静电纺丝制得的氧化锡以及利用水热法制得的氧化铈复合,制得的复合体系用于光催化性能研究。单纯氧化锡和氧化铈的光催化剂由于较宽的带隙而无法充分利用可见光进行光催化。而碳点由于具有上转换荧光的性能,能够将长波长的光转化为短波长的光进行发射,因此当氧化锡或氧化铈与碳点复合后,其可见光催化效率明显提高。当然,碳点可以作为受体接受光生电子从而有效的促进光生电子空穴对分离也是光催化效率提高的原因。
【关键词】：碳点 荧光 生物标记 重离子检测 氧化锡 氧化铈 上转换 可见光催化
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O471.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 概论12-40
• 1.1 纳米材料概述12-13
• 1.2 碳点概述13-14
• 1.3 碳点的制备方法14-19
• 1.3.1 电弧切割法14
• 1.3.2 激光消融法14-15
• 1.3.3 电化学氧化法15
• 1.3.4 硝酸回流法15-16
• 1.3.5 模板法16
• 1.3.6 微波合成法16-17
• 1.3.7 水热法17-19
• 1.4 碳点的性质19-25
• 1.4.1 碳点的荧光性质19-21
• 1.4.2 碳点的光稳定性21-22
• 1.4.3 碳点的上转换荧光22-23
• 1.4.4 碳点的光诱导电子转移性质23
• 1.4.5 碳点的生物相容性与低细胞毒性23-25
• 1.4.6 其他性能25
• 1.5 碳点的应用25-32
• 1.5.1 碳点的生物应用25-29
• 1.5.2 碳点的光催化应用29-31
• 1.5.3 碳点的离子检测31-32
• 1.5.4 其他应用32
• 1.6 论文的结构与内容32-34
• 参考文献34-40
• 第二章 以蔗糖为碳源制备碳点并对不同反应条件下碳点发光性能的研究40-56
• 2.1 引言40-42
• 2.2 实验部分42-43
• 2.2.1 实验原料与设备42
• 2.2.2 碳点的制备过程42-43
• 2.2.3 样品表征43
• 2.3 实验结果与讨论43-53
• 2.3.1 结构、形貌及成分表征43-45
• 2.3.2 不同pH值对合成的碳点发光性能的影响45-48
• 2.3.3 不同反应温度对合成的碳点发光性能的影响48-50
• 2.3.4 不同反应时间对合成的碳点发光性能的影响50-53
• 2.4 小结53-54
• 参考文献54-56
• 第三章 以松针为碳源制备碳点及其在细胞标记上的应用56-70
• 3.1 引言56-58
• 3.2 实验过程58-59
• 3.2.1 实验原料及设备58
• 3.2.2 碳点的制备过程58-59
• 3.2.3 碳点的细胞毒性测试和荧光标记59
• 3.2.4 样品的表征59
• 3.3 结果与讨论59-66
• 3.3.1 结构、形貌及成分的表征59-63
• 3.3.2 光学性能的表征63-64
• 3.3.3 碳点的细胞毒性测试64-65
• 3.3.4 细胞的荧光标记65-66
• 3.4 小结66-67
• 参考文献67-70
• 第四章 S掺杂碳点的制备及其在离子检测中的应用70-85
• 4.1 引言70-71
• 4.2 实验部分71-72
• 4.2.1 实验材料与设备71-72
• 4.2.2 S掺杂碳点的制备过程72
• 4.2.3 样品的表征72
• 4.3 结果与讨论72-82
• 4.3.1 结构、形貌及成分的表征72-75
• 4.3.2 光学性能的表征75-78
• 4.3.3 S掺杂碳点对铅离子Pb~(2+)的检测78-82
• 4.4 小结82-83
• 参考文献83-85
• 第五章 碳点/氧化锡纳米线复合体系的制备及其可见光催化性能的研究85-97
• 5.1 引言85-86
• 5.2 实验过程86-87
• 5.2.1 碳点的制备86-87
• 5.2.2. 氧化锡纳米线的制备87
• 5.2.3 碳点/氧化锡纳米线复合体系的组装87
• 5.2.4 光催化过程87
• 5.2.5 样品表征87
• 5.3 结果与讨论87-94
• 5.3.1 结构、形貌及成分的表征87-91
• 5.3.2 光学性能的表征91-92
• 5.3.3 可见光催化性能的研究92-94
• 5.4 小结94-95
• 参考文献95-97
• 第六章 碳点/立方氧化铈纳米复合体系的制备及其可见光催化研究97-108
• 6.1 引言97-98
• 6.2 实验过程98-99
• 6.2.1 碳点的制备98
• 6.2.2 立方氧化铈的制备98
• 6.2.3 碳点/立方氧化铈复合体系的组装98
• 6.2.4 光催化过程98
• 6.2.5 样品表征98-99
• 6.3 结果与讨论99-105
• 6.3.1 结构、形貌及成分的表征99-102
• 6.3.2 光学性能的表征102
• 6.3.3 可见光催化性能的研究102-105
• 6.4 小结105-106
• 参考文献106-108
• 第七章 结论与展望108-110
• 7.1 结论108-109
• 7.2 展望109-110
• 学术成果110-112
• 一 论文110-111
• 二 参与课题111-112
• 致谢112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 黄艳娥,琚行松;纳米二氧化钛光催化降解水中有机污染物的研究进展[J];化工环保;2002年01期

2 施尔畏，夏长泰，王步国，，仲维卓;水热法的应用与发展[J];无机材料学报;1996年02期

3 吴会军,刘笑笑,朱冬生,向兰,於祯;水热反应法制备纳米粉体的研究进展[J];现代化工;2003年S1期

  本文关键词：水热法制备水溶性碳点及其荧光性能与应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：301358