高效荧光碳点的制备及其对金属离子的检测研究

采用氮和硫元素共掺杂的水热法合成了一种发蓝光的碳点.经过一系列的光学和微观结构表征分析,发现氮和硫元素可以通过杂原子掺杂和表面官能团的形式充分参与到碳点中,这决定了所制备的蓝光碳点拥有最高54.27%的量子产率.由于其高效荧光,该碳点可以用作传感探头检测金属离子,且对Ag+和Fe3+具有高灵敏度和选择性,通过Stern-Volmer方程拟合发现,随着离子浓度的变化,两种金属离子不同的淬灭机制和检测极限为在实践中有效检测和区分Ag+和Fe3+提供了一种可行的新方法.     

一步合成硫、氮共掺杂的碳量子点及其在Fe~(3+)检测中的应用

碳量子点的光致发光性质不仅决定于尺寸还依赖于它的表面态,因此通过在碳量子点表面掺杂或嫁接不同元素与基团有望调节它的荧光发射行为。为了研究多种元素掺杂对碳量子点发光性质的影响,本文以对氨基苯磺酸为原料,通过水热法一步合成了氮、硫共掺杂的碳量子点。实验结果表明:制备的碳量子点尺寸分布均匀,氮、硫分别以氨基和磺酸基团的形式存在于碳量子点的表面。与已有的报道不同,碳量子点展现出了非激发波长依赖的蓝光发射行为,三价铁离子可有效猝灭其荧光,铁离子浓度在0~10-3mol·L-1范围内与碳量子点的荧光猝灭程度呈现良好的线性关系,检出限约为10-7mol·L-1。制备的碳量子点对三价铁离子具有高选择性、高灵敏性以及较好的抗干扰能力,能作为三价铁离子检测的传感器。     

基于明胶制备碳量子点及其光学性能的研究

通过水热法采用热解明胶制备出有蓝色荧光的碳量子点,并通过单因素优化实验对制备碳量子点的温度、时间进行优化以选择出制备碳量子点的最佳条件,结果表明在水热反应温度为200 ℃,反应时间为6 h时制备的碳量子点的荧光性能最强。同时,利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Ｘ射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV)及荧光光谱(PL)等手段对最佳条件下制备的碳量子点进行测试与表征,结果表明,该方法制备的碳量子点量子产率为39.4%,与不掺杂的碳量子点相比其量子产率相对较高,这可能是因为有N元素的存在使得量子产率有所提高;所制备的碳量子点不仅具有丰富的含氧官能团而且抗光漂白性能良好,形态主要是均匀分散的球形,没有明显的晶格条纹,这与相关文献报道的碳量子点的形态相一致,其在250～300 nm有较弱的吸收,但无明显的特征吸收峰,这可能是由于C=O基团的n-π*跃迁引起的;此外,还讨论了氙灯照射时间、pH、碳量子点浓度、不同类型溶剂及离子强度等因素对碳量子点荧光性能的影响,研究结果表明,氙灯照射时间及离子强度对碳量子点荧光性能几乎无影响,在过酸或过碱的条件下其荧光强度相对较弱,原因可能是在过酸或过碱的条件下发生质子化或非质子化的作用导致其荧光强度减弱;且碳量子点溶液随着其浓度的增加,荧光强度先增加后减小;而对于溶剂类型而言,其在极性溶剂中的荧光强度大于其在非极性溶剂中的荧光强度,说明该方法制备的碳量子点具有良好的水溶性。     

溶剂热法合成橙-绿双波段荧光碳点

荧光碳点具有激发波长依赖的独特性质,有望基于此制备检测溶液pH值的荧光探针。以柠檬酸和尿素为原料、N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用一步溶剂热法在200℃下保温12 h制备了一种新型的具有橙-绿双波段荧光发射性能的水溶性碳点。采用透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等方法对荧光碳点的组成和形貌进行了表征,还通过荧光发射光谱和紫外-可见吸收光谱对其光学性能进行了研究。结果表明,制备的碳点粒径为2.7~4.3 nm,表面带有大量含氧官能团,具有良好的水分散性。在440 nm和540 nm波长光激发下分别呈现绿色(500 nm)和橙色(590 nm)双波段荧光发射。合成的荧光碳点发光性能对pH值具有敏感性:在强碱性溶液中,590 nm的荧光强度比水溶液中提高了6.71倍,同时吸收峰的蓝移使得自然光下其溶液颜色发生了明显改变,具有强碱性指示剂的作用;在pH值为2~6的酸性溶液中,500 nm与590 nm发光峰强度比与pH值之间呈现良好的线性关系,展现了作为pH值比率荧光探针的应用潜力。     

以醇溶剂为碳源制备碳点的荧光性能

以乙二醇和丙三醇为碳源,用一元醇（异丙醇和乙醇）为对比,通过溶剂热法制备得到碳点。通过傅里叶红外光谱、紫外-可见吸收光谱和激发光谱对所制得的碳点进行表征和分析,探讨了不同碳源对碳点的表面官能团、荧光性能等的影响,从而分析其荧光的发光机理。结果表明：乙二醇与丙三醇制备的碳点含有C=C键和C=O键,均在365 nm光激发后在450 nm处有荧光峰;而一元醇是由C-OH基团中的孤对电子产生荧光,碳源分子中羟基含量对碳点的荧光性能有很大影响,羟基含量越高,越容易形成双键结构。     

二维Ti_2CO_2单层吸附H_2S分子的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法研究了H_2S分子在二维单层Ti_2CO_2表面上的吸附以及外加应变和电场对其性质的调制,发现该吸附为物理吸附,其吸附强度几乎不受外加拉伸应变的影响,而外加电场使H_2S分子的吸附增强.同时,通过单层Ti_2CO_2表面不同结构(如水分子修饰、官能团掺杂、氧官能团空位)对H_2S分子吸附性质影响的研究表明:(1)表面吸附的水分子促进H_2S分子的吸附,其吸附强度随H_2O分子数增多而增强;(2)官能团OH掺杂浓度低于0.22 ML时,促进H_2S分子的吸附,而较高浓度OH掺杂使H_2S分子吸附减弱;官能团F掺杂对H_2S分子吸附强度几乎没有影响;(3)含氧空位的Ti_2CO_2表面与H_2S分子相互作用较强,吸附能高达-1.06 eV,且电子结构改变明显.     

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23 000 cd/m~2。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m~2。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。     

邻苯二甲酸结晶诱导荧光碳点制备及其在白光发光二极管中的应用

通过简单的方法获得基于碳纳米点的固态荧光材料,实现该类材料在光电器件领域的应用研究有着重要的意义.然而,由于聚集诱导猝灭效应的存在,合成该类材料仍面临着严峻的挑战.本文报道了一种简单热解合成硫(S)和氮(N)共掺杂荧光碳点晶态材料的方法.优化制备条件后,获得的材料能发出耀眼的橙红色荧光,这是由于在形成碳点的同时,碳点的...     

微波法制备掺氮碳点及其用作探针检测铁离子

为了研究氮掺杂对纳米碳点荧光发射行为的影响和探索掺氮碳点的快速制备途径,以2-氨基对苯二甲酸为前驱体,与不同的修饰剂一起溶解于去离子水中,经微波辐射3 min,一步法合成了新型掺氮碳点。实验结果表明:制备的掺氮碳点水溶性好,发蓝色荧光,且发射行为不依赖于激发波长;颗粒近似为球形,尺寸5～8 nm,晶面间距为0.23 nm,接近石墨碳(100)面晶格结构;Fe~(3+)通过与掺氮碳点表面含氧基团的络合配位,可有效地猝灭其荧光,Fe~(3+)浓度在5～60μmol·L~(-1)的范围内与相对荧光强度呈现良好的线性关系,检出限约为1.01μmol·L~(-1),可以作为检测Fe~(3+)浓度的荧光探针。     

基于氮掺杂碳量子点/DNA自组装纳米探针检测鱼精蛋白

将柠檬酸置于单乙醇胺中,通过简单加热实现快速、大规模的合成氮掺杂荧光碳点。所得氮掺杂碳量子点被370 nm 的光激发后在458 nm 处有较强的荧光发射,最大吸收波长为365.085 nm。脱氧核糖核苷酸能增强该碳量子点的荧光且具有相关线性关系,因而制备了氮掺杂碳点与脱氧核糖核苷酸的杂交纳米复合物（纳米探针）,并首次用于检测鱼精蛋白。在实验条件最佳情况下,该方法简便、选择性好,该分析方法的线性检测范围为1~10 μg·mL^-1,检出限可达0.61 μg·mL^-1。     

Synthesis and Adsorption Study of BSA Surface Imprinted Polymer on CdS Quantum Dots

开发了CdS量子点用于牛血清白蛋白(BSA)表面压印的方法,将CdS量子点掺杂进BSA的分子压印聚合物中. 实验过程中对制备条件和吸附条件进行了优化. 量子点(QDs)和量子点分子压印聚合物(QDs-MIP)的形貌用扫描电子显微镜进行了表征. 当该QDs-MIP重新结合模板分子BSA时,CdS量子点的荧光被淬灭. 荧光淬灭的原因可能是量子点与模板蛋白质分子之间的荧光共振能量转移. 该聚合物对压印分子的吸附为单分子层吸附,符合Langmuir等温吸附模型. 化学吸附为速率控制步骤. 该新型聚合物的最大吸附容量可达226.0 mg/g,比未掺杂量子点的BSA压印聚合物提高142.4 mg/g.     

Hg~(2+)@CDs的荧光传感体系检测水质中的I~-

在人体内部环境中,碘是合成甲状腺激素的关键原料之一,而甲状腺激素主要功能是促进人体生长发育以及调节新陈代谢,因此碘对人体内部环境正常运转起到至关重要的作用。碘在人体内主要以碘化氨基酸的形式存在于甲状腺中,对其常用的检测手段有很多种。而这些方法虽然具有较高精度以及灵敏度高,但检测过程较为复杂且检测周期较长。因此,发展一种成本较低、操作简单、快速准确的I~-检测方法具有应用意义。研究设计一种简便且快速精准的I~-检测方法,利用荧光"Off-On"传感体系对溶液中I~-进行定量检测。以柠檬酸为碳源、乙二胺为氮源,通过水热法一步合成水溶性较好且具有良好荧光性质的碳点(CDs)。利用荧光光谱仪以及紫外-可见光光谱仪对该CDs的光学性能进行表征。通过分析CDs的光谱可知该CDs的激发波长为345 nm,发射波长为470 nm。另外,通过傅里叶-红外光谱仪以及高分辨紫外光电子能谱对该CDs表面的官能团以及元素进行分析检测。通过荧光光谱进行检测,可以发现当CDs溶液中存在Hg~(2+)时, CDs的荧光发生猝灭现象。其原因是CDs与Hg~(2+)的d轨道间非辐射电子转移或Hg~(2+)与CDs表面的氨结合形成非荧光复合物,导致CDs的荧光强度下降。通过将最佳浓度的Hg~(2+)与CDs溶液进行混合,来制备Hg~(2+)@CDs的荧光传感体系溶液。分析Hg~(2+)@CDs的荧光传感体系溶液的荧光光谱图可以发现,当Hg~(2+)@CDs的荧光传感体系溶液中存在I~-时,体系荧光强度随着I~-浓度的上升而逐渐增强。该原因可以归根于I~-与Hg~(2+)之间存在较强的相互作用可将Hg~(2+)从CDs表面脱附,使CDs的荧光重新恢复,从而实现I~-的荧光"Off-On"检测。利用该方法来检测溶液中的I~-,其检测范围在5.0～75μmol·L~(-1),而检测限为0.25μmol·L~(-1)。实验最后还利用荧光光谱仪对Hg~(2+)@CDs的荧光传感体系的选择性以及抗干扰能力进行分析,结果显示该荧光传感体系对I~-具有较好的选择性以及良好的离子抗干扰性能。     

功能化荧光碳纳米点的一步法制备及其光谱研究

以肝素钠为碳源,采用水热法一步制备了表面功能化的荧光碳纳米点。利用透射电镜、红外光谱、光电子能谱及荧光发射光谱对其形貌、结构和光致发光性质进行了测试分析。研究结果表明,碳纳米点具有较为均一的尺寸和较强的荧光,并且保留了碳源中大量的官能团。制备得到的碳纳米点可应用于Cu2+的检测,显示了其作为离子传感器材料的潜在应用价值。     

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点电子结构和光吸收性质

利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C_3N_4)_6量子点杂质原子周围的C-N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C_3N_4)_6量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C_3N_4)_6量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C_3N_4)_6量子点光吸收的影响.     

高灵敏磁分离荧光传感法检测黄曲酶毒素B1

以自组装方式制备了Au@Fe3O4/核酸适体/氨基-碳量子点磁性生物纳米复合物,并提出一种磁分离荧光传感法用于黄曲霉毒素B1的检测.当样品中有黄曲霉毒素B1时,磁性生物纳米复合物中核酸适体选择性地与黄曲霉毒素B1结合并释放出氨基-碳量子点,经磁性分离后,氨基-碳量子点留在溶液中,体系溶液荧光强度随黄曲霉毒素B1浓度的增大而增强.黄曲霉毒素B1浓度在0.001~1.0ng/mL范围与溶液荧光强度成良好线性关系,线性相关系数为0.996 4,检测限为0.3pg/mL.该方法利用磁性分离技术,有效地消除了背景荧光影响,改善了荧光传感性能.     

氮掺杂碳量子点的合成及作为荧光探针对Hg~(2+)的检测

与传统量子点相比,碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料,由于其良好的生物相容性、易于表面功能化、低毒性等优点受到了广泛关注。采用柠檬酸为碳源,氨水为氮源,热解法制备出水溶性好的氮掺杂碳量子点(NCDs)。透射电镜(TEM)观察NCDs的粒径在3nm左右;X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FIIR)证明NCDs的表面被羧基、氨基、羟基、羰基等官能团功能化,说明NCDs有很好的水溶性。研究还发现Hg~(2+)对NCDs的荧光有良好的猝灭作用,可作为荧光探针检测水中Hg~(2+)含量。在PBS缓冲液中(0.1mol·L~(-1) pH 7.0),NCDs的荧光猝灭率(F/F0)与汞离子浓度在0.001~0.1μmol·L~(-1)之间存在良好的线性关系,检出限为2.1nmol·L~(-1)。该方法灵敏度高、选择性好、方法简便,可应用于Hg~(2+)快速、灵敏的检测。     

用于检测水环境中银离子浓度的荧光适体传感器研究

银凭借其独特的性能,在医疗材料、摄影、电子、成像等行业中应用广泛。然而,银离子被列为最具毒性的重金属离子之一,会对环境以及人类的生命健康造成严重威胁。为了灵敏、特异性的检测水环境中的银离子浓度,利用纳米金的优良光学猝灭性以及双链核酸适体捕获银离子能力更强的优点,结合荧光能量共振转移原理,提出一种用于检测水环境中银离子浓度的荧光适体传感器。将修饰SH键的核酸适体与纳米金混合形成稳定的纳米结构,并加入标记有FAM的核酸适体,形成检测银离子浓度的工作溶液。当不存在银离子时由于不匹配碱基C-C之间的排斥力导致两条核酸适体不结合,反应体系中具有较强的荧光;当存在银离子时,双链核酸适体中不匹配的C-C能与银离子通过金属离子-碱基的相互作用形成稳定的C-Ag+-C碱基对,这种复合结构的产生会拉近纳米金和荧光基团之间的距离,使得荧光信号随着银离子浓度的增加而逐渐减弱。根据加入银离子前后荧光强度的变化可实现银离子浓度的检测。同时,为了提高传感器的灵敏性和稳定性,实验优化了工作溶液中纳米金与核酸适体的浓度比、氯化钠浓度、缓冲液的pH以及培养温度等参数。结果表明,当浓度为0.012 5 g·L-1的纳米金与5 μmol·L-1核酸适体的体积比为5∶1,NaCl浓度为260 mmol·L-1,缓冲液pH 7,培养温度为30 ℃时,工作溶液初始荧光强度最强,银离子检出限为10 nmol·L-1,相关系数为R2=0.99。此外,该传感器对银离子的浓度检测表现出较好的特异性,且具有操作简单、灵敏和不引入有毒溶剂等优点,在水环境中的银离子浓度检测领域有较好的应用前景。     

N掺杂纳米ZnO的制备及光催化性能

通过NH3等离子体后处理引入N使其进入到ZnO晶格中,制备出了N掺杂的纳米ZnO光催化剂。通过测试,研究了该样品的结构性质、表面形貌和在不同催化剂浓度、不同反应物浓度、氧气等条件下光催化降解甲基橙的降解效率。分析结果表明,N的掺杂提高了光催化剂的光催化效率。     

柿子叶制备碳量子点的光谱性质及对Fe3+的荧光探针

碳量子点作为碳纳米材料中的新成员,具有较高的光学稳定性、低毒性、良好水溶性、原料来源广泛、制备方法多样等多种优点,在分析检测、生物标记、光催化降解以及环境监测等领域具有广泛的应用前景, 对碳量子点的研究引起了国内外学者极大兴趣。水中Fe3+含量的超标会对生活饮用和工业生产造成一定的危害,所以准确快速地检测水中Fe3+的含量,对人体健康具有重要的意义。目前,对Fe3+进行检测的方法有伏安法、荧光光谱法、电化学法以及火焰原子吸收光谱法等,其中荧光光谱法具有快速响应和方法简便的特点,比其他方法更有优势。以柿子叶为碳源,采用水热法制备了发蓝绿色荧光的碳量子点,通过X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱等技术对碳量子点的结构、微观形态和光谱学性质进行了详细表征。柿子叶制备的碳量子点呈现为分散均匀的球形颗粒,颗粒平均直径大约5.9 nm,碳量子点颗粒表面具有丰富的含氧官能团,在277 nm有明显的紫外吸收,可归因于C═O的n→π*跃迁。碳量子点的发射波长和荧光强度具有明显的激发依赖性,在410 nm光激发下,发射波长峰值为498 nm且荧光峰最强,荧光寿命为4.59 ns。采用多种金属离子对柿子叶制备的碳量子点在荧光传感方面进行了探究,分析发现该碳量子点对金属Fe3+具有极高的选择性,可作为荧光探针检测水中微量的Fe3+含量,其荧光猝灭率F₀/F与金属Fe3+浓度在1~120 μmol·L-1范围内呈现良好的线性关系（R2 = 0.992）,猝灭常数和最低检出限分别为8.84×103 L·mol-1和0.21 μmol·L-1,最低检出限数值明显小于最近一些文献的报导结果。该工作提供了一种原料天然、操作简单、成本低廉的制备工艺,开发了荧光检测水中微量金属铁离子的新方法。     

氮掺杂发光碳纳米点的研究探索

采用微波法制备了氮掺杂碳纳米点。通过调控碳纳米点中氮元素的掺杂含量和表面的化学环境,实现了对碳纳米点发光特性的调控。在此基础上,可实现完全基于氮掺杂碳纳米点的荧光墨水、比率型荧光探针及光泵浦激光。研究目的在于探索氮掺杂碳纳米点的发光机理,揭示影响碳纳米点荧光量子效率的因素及其在生物成像、传感、防伪、信息存储、激光等领域的应用。