氮雜碳納米點(diǎn)的制備、特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、碳納米點(diǎn)作為新型零維碳納米材料由于具有優(yōu)異的特性，如好的水溶性、強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性、高的量子產(chǎn)率、小的粒子尺度及低的細(xì)胞毒性而獲得廣泛的關(guān)注。碳納米點(diǎn)的熒光機(jī)理主要有分子態(tài)/碳核態(tài)、表面態(tài)和量子尺寸效應(yīng)，在細(xì)胞成像、光催化、太陽能電池、傳感器和藥物遞送等方面有大量的應(yīng)用。氮雜碳納米點(diǎn)改進(jìn)了碳納米點(diǎn)的電子和光學(xué)性能，在可預(yù)見的未來，將獲得更深入的研究和應(yīng)用。本論文基于氮雜碳納米點(diǎn)的制備、特性及其液相剝離石墨制備石墨烯的研究，全文獲得的研究成果

2、如下：
　　1、基于水熱條件下制備氮雜、富碳和高熒光的碳納米點(diǎn)。檸檬酸銨既作為碳源又作為氮源，與之前碳氮源分別來自不同的物質(zhì)相比有了很大的改進(jìn)。制備的氮雜碳納米點(diǎn)具有2.14±0.34 nm的粒子尺度、亮藍(lán)色熒光、激發(fā)波長不相關(guān)性、在365 nm激發(fā)下顯示約66 nm的半峰寬、13.5%的量子產(chǎn)率、10.6 ns熒光壽命和74.10%的碳原子相對含量/4.95%氮原子相對含量等性質(zhì)，被用于pH相關(guān)性和鹽效應(yīng)的研究。pH相關(guān)性結(jié)果顯

3、示低pH時(shí)，氮雜碳納米點(diǎn)具有低的紫外吸收值和低的熒光強(qiáng)度值；鹽效應(yīng)顯示隨著 KCl鹽濃度的增加，熒光強(qiáng)度先增加后保持不變。氮雜碳納米點(diǎn)的形成機(jī)理為檸檬酸銨小分子先分子內(nèi)脫水再聚合，最后慢慢形成碳核。
　　2、基于非均相體系微波條件下綠色、大量、高產(chǎn)率制備出氮雜碳納米點(diǎn)。以檸檬酸鈣和脲為前驅(qū)體，這種制備方法不需要表面鈍化劑。得到的氮雜碳納米點(diǎn)具有28%的收率、2.18±0.36 nm的粒子尺度、在固液態(tài)下顯示黃綠色熒光、激發(fā)波長相關(guān)

4、性、在360 nm激發(fā)下顯示約91.5 nm的半峰寬、10.1%的量子產(chǎn)率和30.08%的碳原子相對含量/39.17%的氮原子相對含量。氮雜碳納米點(diǎn)的特殊熒光性質(zhì)被應(yīng)用于倒置熒光成像、豆芽生長研究、熒光粉和指紋檢測等領(lǐng)域。倒置熒光成像顯示用氮雜碳納米點(diǎn)處理過的擦鏡紙和植物葉片可以得到藍(lán)、綠和紅的熒光照片；熒光粉實(shí)驗(yàn)顯示氮雜碳納米點(diǎn)具有長時(shí)間保持熒光強(qiáng)度的能力；指紋檢測實(shí)驗(yàn)顯示氮雜碳納米點(diǎn)標(biāo)記的指紋具有清晰、隱性和長期性等性質(zhì)。氮雜碳納米

5、點(diǎn)的形成機(jī)理為脲作為氮源，微波條件下產(chǎn)生氨氣促進(jìn)氮雜碳納米點(diǎn)的成核過程，最后分子擴(kuò)散形成氮雜碳納米點(diǎn)的表面部分。
　　3、基于均相體系在微波條件下制備出氮雜碳納米點(diǎn)。系統(tǒng)地研究酒石酸和三種不同的醇胺（一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺）制備的氮雜碳納米點(diǎn)的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)：一乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)具有約1.63 nm的粒子高度、藍(lán)色熒光、激發(fā)波長相關(guān)性、在360 nm激發(fā)下顯示約94.8 nm的半峰寬、6.4%的量子產(chǎn)率、6.86 ns的熒

6、光壽命、74.26%的碳原子相對含量/9.26%的氮原子相對含量和在0到1000μg/mL無明顯細(xì)胞毒性等性質(zhì)；二乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)具有約2.39 nm的粒子高度、藍(lán)色熒光、激發(fā)波長相關(guān)性、在360 nm激發(fā)下顯示約101.2 nm的半峰寬、5.7%的量子產(chǎn)率、4.26 ns的熒光壽命、80.25%的碳原子相對含量/5.60%的氮原子相對含量和高于500μg/mL濃度時(shí)顯示明顯的細(xì)胞毒性等性質(zhì)；三乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)具有約2.

7、30 nm的粒子高度、藍(lán)色熒光、激發(fā)波長相關(guān)性、在360 nm激發(fā)下顯示110.9 nm的半峰寬、1.8%的量子產(chǎn)率、3.62 ns的熒光壽命、77.96%的碳原子相對含量/3.14%的氮原子相對含量和高于7.8μg/mL濃度時(shí)顯示明顯的細(xì)胞毒性等性質(zhì)。即隨著氮含量的增加，熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命增加，而細(xì)胞毒性降低。換句話說，利用酒石酸和一乙醇胺制備的氮雜碳納米點(diǎn)具有最高的氮含量、最高的熒光量子產(chǎn)率、最長的熒光壽命和最低的細(xì)胞毒性。相應(yīng)

8、的機(jī)理也被提出。一乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)被應(yīng)用于pH相關(guān)性、粒子檢測和熒光墨汁；二乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)被應(yīng)用于pH相關(guān)性和熒光墨汁；三乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)被應(yīng)用于熒光墨汁。pH相關(guān)性顯示一乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)和二乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)在不同pH條件下熒光強(qiáng)度變化不大；離子檢測顯示一乙醇胺對應(yīng)的氮雜碳納米點(diǎn)對Fe3+具有最明顯的淬滅效果，線性范圍為0–9.025×10-4 mol/L(擬合度R2=0.9992)；熒光墨汁實(shí)

9、驗(yàn)顯示書寫的字母在正常條件下保持穩(wěn)定且清晰。
　　4、基于氮雜碳納米點(diǎn)作為穩(wěn)定劑和剝離試劑在水相中超聲剝離石墨制備高品質(zhì)石墨烯，該方法避免了有毒或者高沸點(diǎn)溶劑的使用，也不需要苛刻的氧化還原過程。氮雜碳納米點(diǎn)的作用是降低水的表面張力及在石墨表面發(fā)生弱的相互作用（π-π相互作用、疏水作用和庫侖相互作用）。氮雜碳納米點(diǎn)具有約1.76 nm的粒子尺度、綠色熒光、明顯的丁達(dá)爾效應(yīng)、激發(fā)波長相關(guān)性、3.4?的層間距和0.96的ID/IG比值等