碳量子點的制備及其在環(huán)境與生物分析中的應(yīng)用.pdf

1、碳是自然界分布最廣泛的元素之一，也是構(gòu)成地球上一切生物有機體的骨架元素。隨著納米科技的發(fā)展，主要由碳構(gòu)成的納米材料如碳納米管、石墨烯、碳納米纖維和碳量子點都被制備出來且有很好的應(yīng)用前景。其中，碳量子點是一種尺寸小于10nm的,單分散的，幾何形狀近乎準球形的新型碳納米功能材料。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點和有機染料相比，熒光碳量子點具有制備方法簡單、水溶性好、光穩(wěn)定性高、毒性低、易于功能化、生物相容性好和激發(fā)發(fā)射波長可調(diào)性等優(yōu)點。因此，熒光碳量子

2、點在環(huán)境監(jiān)測、生物傳感、生物成像、非線性光學(xué)、光電轉(zhuǎn)換和光催化等方面有著廣泛的應(yīng)用。
　　本文在前期研究基礎(chǔ)上采用不同方法制備了一系列具有不同熒光性能的碳量子點,并對其組成、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)等進行了探索和研究：
　　首先,以乙二胺、蘋果酸和 L-半胱氨酸為原料,采用水熱回流法制備了具有藍色熒光的水溶性碳量子點。通過透射電鏡(TEM)表征發(fā)現(xiàn)該碳量子點的平均粒徑是3.5nm；X射線衍射光譜（XRD）表明該碳量子點具有完整連續(xù)的晶

3、體結(jié)構(gòu)；其紫外-可見吸收峰在283nm和375nm左右,最大激發(fā)波長為370nm處有藍色熒光；研究發(fā)現(xiàn)加入硫源的L-半胱氨酸可使其熒光增強，但熒光峰沒有移動；紅外光譜表明該碳量子點表面具有-NH2，-COOH，-OH和-SH等官能團；此外，通過X射線光電子能譜（XPS）表明該碳量子點主要由C、N、O和S等元素構(gòu)成，進一步證實了該碳量子點摻雜N和S兩種元素。最后，通過對該碳量子點的熒光性能進行分析，發(fā)現(xiàn)其量子產(chǎn)率高達23.84％。

4、　　其次,以二乙胺和三氯甲烷為前驅(qū)體,通過加熱回流法制備了三種具有不同熒光的水溶性碳量子點，其熒光峰分別為545nm,650nm和745nm，平均粒徑為4nm、7nm和20nm。通過X射線衍射光譜（XRD）表明這三種碳量子點都具有完整連續(xù)的晶體結(jié)構(gòu)；紫外光學(xué)性能接近,分別在313nm、415nm和514nm附近具有紫外峰；紅外光譜表明該方法制備的碳量子點表面具有-NH2,-OH和-CO-等功能基團,該類碳量子點易于功能化修飾。