【摘 要】
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碳量子点作为一类“零维”碳纳米材料,近年来受到广泛关注,其直径通常在10 nm以下,由于具有独特的荧光性、氧化还原性、电子转移特性、水溶性、生物相容性,在荧光成像、催化、药物输送、生物传感等方面有着广阔的应用前景。木聚糖是半纤维素的主要组成成分,与己糖组成的糖类相比,其水热的碳化效率更高[1],因此是制备碳量子点的优质碳源。但是木聚糖碳点的荧光性能和电化学性能还不够强,其应用受到限制。本研究通过复
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碳量子点作为一类“零维”碳纳米材料,近年来受到广泛关注,其直径通常在10 nm以下,由于具有独特的荧光性、氧化还原性、电子转移特性、水溶性、生物相容性,在荧光成像、催化、药物输送、生物传感等方面有着广阔的应用前景。木聚糖是半纤维素的主要组成成分,与己糖组成的糖类相比,其水热的碳化效率更高[1],因此是制备碳量子点的优质碳源。但是木聚糖碳点的荧光性能和电化学性能还不够强,其应用受到限制。本研究通过复合其他荧光染料,并利用木聚糖碳点还原能力的同时引入无机纳米材料,解决木聚糖碳点在构建新型生物传感器上性能单一以及检测效果不佳的问题,扩大了木聚糖碳点在分析检测领域的应用范围,实现了木聚糖资源髙赋值转化。主要研究内容如下:1.基于罗丹明B-碳点比例荧光的手机集成纸基平台的构建及其用于Fe3+的传感研究木聚糖碳点具有优异的光学性能,且在金属离子的检测方面有着独特的优势。本研究通过将硫酸阿米卡星掺杂到木聚糖中,经过水热处理得到N、S掺杂的木聚糖量子点,硫酸阿米卡星的加入可有效改善量子点的性质,提高了量子点的荧光效率。随后,将发蓝色荧光的碳点与发红色荧光的罗丹明B染料按一定的比例混合,建立了一种基于比例荧光的纸基光学传感器,并进一步与智能手机结合,用于Fe3+的可视化、现场和定量检测。在该传感器中,罗丹明B发射的红色荧光强度保持恒定而作为背景参考,由于Fe3+可以猝灭木聚糖碳点的蓝色荧光,因而以木聚糖碳点的荧光强度作为信号报告单元,根据生成的图像的红色(R)与蓝色(B)的比值对Fe3+进行定量检测,并且进一步阐述Fe3+淬灭碳点荧光的机理。结果表明,在10-180μM浓度范围内,Fe3+浓度C与R/B值符合方程:R/B=0.00975C+0.850796,检出限为98.2 n M。该传感器便携实用,在环境保护的实时监测中具有广阔的应用前景。2.基于Ag@CQDs-rGO的高灵敏电化学传感器的制备及其对多巴胺的痕量检测木聚糖碳点不仅具有良好的荧光性能,还拥有一定的导电性和独特的还原性。本研究将所制备的木聚糖碳点作为还原剂和稳定剂,利用微波反应分别快速合成碳点-银(Ag@CQDs)和碳点-还原氧化石墨烯(CQDs-rGO)纳米复合材料,并通过搅拌混合得到Ag@CQDs-rGO纳米复合材料。然后将纳米复合材料直接滴在玻碳电极表面,构建了一种经济实用、易于操作且灵敏高的电化学传感器,用于多巴胺的痕量检测。值得注意的是,碳量子点不仅可以改善电极的电导率,而且通过羧基和多巴胺的胺官能团之间的静电相互作用实现多巴胺的高选择性检测。此外,纳米银可以通过增加多巴胺的电催化活性和改善电极的导电率来增强传感器的灵敏度。同时,还原氧化石墨烯和多巴胺可以形成π-π共轭,使多巴胺相比一些干扰物更容易到达电极表面以增强多巴胺检测的选择性。在最佳条件下,该传感器对多巴胺浓度响应灵敏,线性范围为0.1至300μM,检出限为1.59 n M(S/N=3)。该传感器成功地用于实际样品中多巴胺的分析检测,回收率好,检测效果佳。该基于Ag@CQDs-rGO的传感器拓宽了多糖CQDs在电化学传感器中的应用范围。3.Au@CQDs-Mxene纳米复合材料的一锅法绿色合成及其对亚硝酸盐的痕量检测为进一步简化构建电传感器的制备过程,本研究以木聚糖碳点为还原剂和稳定剂一锅法合成Au@CQDs-Mxene纳米复合材料,并将其直接滴在玻碳电极上,构建了一种灵敏检测水中NO2-含量的电化学传感器。Mxene具有较大的比表面积、优良的金属导电性能、亲水性以及较多的活性位点等优点,本研究率先将其用于亚硝酸盐的传感检测。Mxene充当纳米金生长的有效基质,而木聚糖碳点还原稳定的纳米金也有效地阻止了Mxene的团聚。由于Au@CQDs-Mxene纳米复合材料具有大的比表面积、良好的电导率以及各组分的协同催化作用,表现出对NO2-优异的电氧化催化活性。该传感器对亚硝酸盐浓度响应灵敏,线性范围为1至500μM和500-3200μM,检出限为0.078μM(S/N=3)。本研究不仅提供了一种用于贵金属-二维片状纳米杂化物的一锅法合成方法,而且还提供了使用纳米杂化物作为增强材料制造电化学亚硝酸盐传感器的实例,该方法很容易实现并可进一步扩展到其他传感器,对食品检测领域具有重要的意义。
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