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与传统半导体量子点相比,碳点(CDs)由于具有较强的抗光漂白性,可调的发光性能,低毒性和良好的生物相容性引起研究者的极大兴趣。合成碳点的方法主要包括自上而下法和自下而上法。传统合成方法所制备的裸碳点由于量子产率较低,碳点形成机制不明确,应用受到一定限制。合成过程中或合成后的修饰可有效提高CDs的量子产率和荧光性能,从而拓宽其在生物成像、探针、光催化剂、生物药物载体、光电材料等领域的应用。第一章:对近年来有关碳点的几种修饰方法:形成金属纳米-碳点复合物、杂原子掺杂和表面功能化的理论研究及应用加以综述。第二章:以山梨酸和脯氨酸为碳源和氮掺杂剂,采用一步水热法合成两种溶解性不同的碳点(CDs),水溶性碳点(ACDs)和脂溶性碳点(OCDs)。合成的CDs通过TEM、FTIR、XPS、UV和荧光光谱法等手段进行表征。基于内滤效应(IFE)原理,CDs的荧光被Cr(VI)有效猝灭。最佳实验条件下,在0.5~100μmol/L范围内,Cr(VI)浓度与ACDs水溶液荧光猝灭程度呈线性,检出限为34 nmol/L。此方法用于环境水样中Cr(VI)含量检测,结果较好。此外,ACDs用于B16F10细胞成像。OCDs均匀分散在PMMA后可制备成SCDs/PMMA复合蓝色荧光薄膜。第三章:以苦杏仁酸和脯氨酸为碳源和氮掺杂剂,采用一步水热法合成蓝色荧光水溶性碳点(CDs),并通过TEM、FTIR、XPS、UV、荧光光谱法等手段进行表征。基于荧光共振能量转移(FRET)原理,CDs的荧光被Mn(VII)有效猝灭。在1~100μmol/L(即0.055~5.500 mg/L)范围内,Mn(VII)浓度与CDs溶液的猝灭程度呈线性关系,相关系数(R~2)为0.9986,检出限为0.04μmol/L(2.20μg/L),具有高灵敏度和高选择性。此外CDs可进入HepG2细胞内发出蓝光,且胞内荧光强度与Mn(VII)浓度大致呈线性关系。此碳点用于环境水样和细胞内Mn(VII)含量检测,结果较好。第四章:采用苦杏仁酸和苏氨酸作为碳源和氮掺杂剂,采用一步水热法合成蓝色荧光水溶性碳点(CDs),并通过TEM、FTIR、XPS、UV和荧光光谱法等手段进行表征。基于供体CDs和受体三硝基苯酚(PA)之间的荧光共振能量转移(FRET)原理,CDs的荧光可被PA有效猝灭。在0.5~40.0μmol/L(即0.115~9.16 mg/L)范围内,PA浓度与CDs水溶液的猝灭程度呈线性,相关系数(R~2)为0.9981,检出限为0.2μmol/L(即45.8μg/L),具有高灵敏度和高选择性。此外,合成的CDs可用于HepG2细胞内多色荧光成像。固态CDs粉末(SCDs)可有效克服典型的聚集诱导荧光猝灭,在紫外灯下发明亮蓝光。均匀分散在PMMA后得到SCDs/PMMA复合蓝色荧光薄膜,该薄膜是制备光伏器件的潜在发光体。本文合成的四种碳点,合成方法简单,发光性能优良,成功用于分析检测、细胞成像及荧光薄膜制备,具有一定理论及应用研究价值。