碳基量子点材料的制备与环境应用

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arllar
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碳点(CDs)是近年来一种新兴的发光纳米材料,因为它的粒径一般小于10 nm,而且碳点具有其独特的物理化学性质、良好的生物相容性和稳定性、低细胞毒性、水溶性等优点,并具有可调谐的发射、稳定的光致发光等优良的光学特性。碳点在生物成像、离子检测、药物传递和光电器件等领域具有广阔的应用前景。本文利用CDs溶液具有多功能性、光谱特性、易修饰性和高灵敏度等优点,应用于三价铁离子和p H值的检测。主要研究内容如下:在第一部分中利用豆芽作为碳源,以水为溶剂,通过水热合成法制备了豆芽碳点。该碳点显示明亮的蓝色荧光。对CDs进行了表征,并对其可能的形成机理进行了讨论。由于其表面有可溶性官能团,因此具有良好的分散性。所制得的碳点的量子产率(QY)为9.25%。在1~100μM的线性范围内,碳点的荧光被Fe3+猝灭,检出限为0.37μM。通过干扰研究发现,金属离子的加入不会影响CDs对Fe3+的选择性。这些结果表明,新合成的碳点对荧光关断法测定Fe3+具有选择性和灵敏度。在第二部分的研究中,以柠檬酸和尿素为前驱体合成了p H响应型CDs,其荧光强度也随着溶液p H值从1增加到12而逐渐增加。提出了一种基于H-聚集和费米能级位移的新机制来说明CDs的p H响应发射。研究了p H响应的机制,发现CDs在酸性溶液中发生H-聚集现象,这导致碳点的红色荧光猝灭;当碳点溶解在碱性溶液中时,费米能级移动导致自吸收降低,此时碳点的荧光增强。与目前报道最多的p H敏感CDs的响应范围较窄不同,CDs的p H响应范围较大,尤其是在碱性范围内,其明显的红光发射明显达到了良好的可视化效果。所制备的碳点具有无毒、成本低、p H响应范围大等优点。此外,还做了“玫瑰花滤纸”来展示碳点用来检测p H的可视化。另外也做了碳点和PVA的复合薄膜,与PVA复合的碳点仍具有很好的荧光强度。所制备的碳点在检测p H方面具有广阔的应用前景。综上所述本文通过水热法合成了两种新型碳点,其中豆芽碳点可用于Fe3+的检测,另一种碳点用于p H的定性分析,这对碳点在离子检测和p H值检测方面具有重大的应用价值,也对环境检测方面提供了新的思路,具有积极的影响。
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水是地球上生命极其重要的资源。由于人口的过度增长、人类活动、工业化的快速发展,导致水资源受到了严重的破坏。重金属以不同浓度和化学状态存在于环境、食品和生物中,对人类健康和环境构成严重危害。这些重金属通过农业径流和工业排放进入生态系统。不同的处理方法对水环境中重金属的去除和检测效果不同。因此,开发强大的、生态友好的、经济可行的处理方法来检测生态系统中的重金属对环境保护是非常重要的。第一部分:首先,以