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电化学发光(ECL)是由电化学手段控制的化学发光现象,结合了电化学可控性强和化学发光背景信号低等优势,近数十年来得到飞速发展。目前以三联批啶氯化钌/三丙胺为代表的分子电化学发光体系,已经广泛用于体外诊断、环境检测等领域,但是这些传统体系固有的材料昂贵、有毒、气味大、用量多等缺点也是亟需解决的问题。近年来纳米技术的蓬勃发展也给电化学发光领域注入了新的活力,许多研究者致力于纳米材料构建的新型电化学发光体系、机制以及分析手段研究,其中量子点材料由于具有优异稳定且可控的光电性质及物理化学性质而备受关注。传统的量子点是指激子在三个空间方向受到束缚的半导体纳米晶(一般小于 10nm),如经典的 Ⅲ-Ⅴ 族(InP、GaAs)、Ⅱ-Ⅵ/Ⅳ-Ⅵ 族(CdSe、PbS)、Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ族(CuInS2),这些量子点中的Pb、Cd、Hg、As、Se等元素都有潜在的毒性,这也制约了它们的发展。而近十余年来,一些新型的无毒无害、环境友好的量子点材料得到迅速发展,如碳(量子)点(CDs)、二维材料量子点(氮化碳量子点(CNQDs),石墨烯量子点(GQDs))等,它们同时拥有优异的光电性质以及丰富的表面官能团。本论文从这些新型量子点的制备和调控出发,围绕新型量子点在电化学发光中的机制及应用展开研究。1.首先以石墨棒为碳源采用简便的电化学剥离方法制备了一种内核为石墨化碳表面具有含氧官能团的碳点(CDs),并研究了其湮灭类型电化学发光性质。接着利用简便的湿化学手段对碳点进行可控的表面处理,得到一系列碳点,包括氧化碳点(oCDs)、部分还原碳点(rCDs)以及彻底还原碳点(F-rCDs)。并利用紫外-可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱以及X-射线光电子能谱等对材料表面含氧官能团差异性进行了详细表征。湮灭类型电化学发光测试结果表明CDs、oCDs以及rCDs均具有稳定的带正电的自由基(R+·)以及不稳定的带负电的自由基(R-.),同时它们具有位于365 nm处的电化学发光峰,以及550 nm～850nm范围内连续的电化学发光性能。通过CDs、oCDs、rCDs以及F-rCDs的电化学发光对比,发现碳点的表面含氧官能团数量决定了电化学发光的强度。随后我们通过一系列具有明确结构的小分子的电化学发光行为,模拟碳点的电化学发光,从而再次确认了表面含氧官能团对碳点的电化学发光的重要贡献,并提出了 CDs的电化学发光机制。2.通过过量四甲基氢氧化铵辅助的回流方法,实现了 Ti3C2Tx MXene量子点的高产率(60%)制备。MXene量子点具有MXene的基本结构以及丰富的表面官能团(-OH、=O、-F),同时尺寸效应也赋予其了独特的光电性质。绿色荧光的MXene量子点具有激发波长依赖的光致发光特性、良好的抗光漂白性质以及优异的荧光稳定性。接着首次报道了 MXene量子点的湮灭类型电化学发光现象以及三丙胺增强(29倍)的阳极电化学发光性质,并对电化学发光机理也作了详细探究。研究结果表明该MXene量子点以水溶液(7天)以及固体形式(3个月)储存的电化学发光稳定性测试比较优异,该MXene量子点作为电化学发光体在电化学发光研究中具有较好的应用前景与价值。3.尽管电化学发光在几十年内已经取得巨大进展,但至今仍存在电化学发光效率低等问题,其能量损失途径探究及信号提高策略研究仍然至关重要。我们制备了一种电化学惰性的氮化碳量子点(CNQDs),发现其可以有效抑制氧析出过程(OER)造成的非辐射弛豫路径,从而增强Ru(bpy)32+的阳极电化学发光信号。在Ru(bpy)32+/CNQDs电化学发光体系中,CNQDs能够在氮气及空气气氛中分别以10倍和161倍的强度增加Ru(bpy)32+的阳极电化学发光信号。通过在氮气、空气及氧气气氛下的光致发光和电化学发光测试,证实了氧析出过程对电化学发光中Ru(bpy)32+激发态的极大猝灭作用。此外,还证实了在Ru(bpy)32+/CNQDs电化学发光体系中,CNQDs所起的作用并非电化学发光体、共反应剂或能量供体/受体,其仅仅具有抑制电极上氧析出过程的作用。与共反应剂类型电化学发光体系相比,Ru(bpy)32+/CNQDs体系具有较好的再生能力、用量少(100 μg/mL CNQDs)以及无毒无害等优势。接着以多巴胺的开-关检测作为示例,详细研究了 Ru(bpy)32+/CNQDs构筑的电化学发光检测体系,并展现其传感应用价值。随后进一步将氧析出抑制剂CNQDs成功应用于传统的共反应剂Ru(bpy)32+/C2042-体系,展现出较低的氧析出水平以及强且稳定的电化学发光信号。总的来说,抑制氧析出的电化学发光增强策略有望应用于电化学发光传感领域,能够拓展到其它具有比较高氧化电势的电化学发光体系,并有助于深入理解电化学发光过程和机制。