碳基納米材料的設計、合成及光學性質研究.pdf

1、碳基納米材料具有獨特的結構和物理化學性質，在光催化、檢測和光電器件等領域有廣泛的應用前景。然而，對于碳點的光化學性質還不是十分清楚；碳點的非線性光學性質研究更是比較少見，仍需要我們努力去探索。本論文從探索碳點的性質出發(fā)，研究了其在光照條件下的催化活性和葡萄糖檢測上的應用，并進一步研究了碳點的非線性光學性質。
　　本研究主要內容包括：⑴以硝酸銅和碳點（CQDs）為原料，通過簡單的濕化學方法制備了銅納米顆粒/碳點復合物（Cu/CQDs

2、）。以叔丁基過氧化氫作為氧化劑，在60℃溫和條件下，Cu/CQDs對環(huán)己烷展現(xiàn)出高效的光催化氧化活性。經(jīng)過48 h反應，環(huán)己烷的轉化率達到50.2％，環(huán)己酮的選擇性為78.3%。實驗證明，Cu/CQDs高效的光催化活性歸因于銅納米顆粒和碳點的協(xié)同作用。Cu/CQDs復合物作為催化劑有以下三個優(yōu)點：合成Cu/CQDs復合物的方法簡單易操作，制備過程不需要復雜的儀器設備和工藝；選用的原材料廉價；環(huán)己烷氧化反應不需要高溫高壓。⑵以聚乙二醇為碳

3、源，采用堿輔助的電化學方法制備了強熒光碳點（量子產率為12%）。利用制備的碳點作為熒光探針，實現(xiàn)了對葡萄糖的無標記檢測，其檢測限為1 nM。這種檢測葡萄糖的方法具有高選擇性和高靈敏性。其檢測機理為：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖反應產生的H2O2可以有效地增強碳點的熒光。⑶以C3N4為原料，采用回流的方法制備了氮摻雜的碳點（N-CDs）。N-CDs溶液（濃度為0.63 g·L-1）在波長為532 nm、脈沖寬度分別為4ns和21ps的激光激發(fā)下

4、均有較強非線性響應，三階非線性系數(shù)χ(3)分別為12.5×10-12和0.725×10-12esu。實驗證明，N-CDs表面的含氧官能團能夠顯著影響N-CDs的非線性光學性質。⑷以石墨棒為碳源，利用電化學腐蝕的方法制備了不同尺寸的碳點。在波長為532nm的脈沖激光（脈沖寬度為4 ns）激發(fā)下，利用Z-scan測試技術研究了碳點的非線性光學性質。研究表明，其非線性效應與顆粒尺寸有強烈的依賴關系，同時，碳點表面的羧基能夠顯著影響其三階非線性