碳量子点、金属纳米颗粒的制备及其在分子光谱分析中的应用

摘要

作为一种新型的荧光碳纳米材料，碳量子点(CQDs)因其优异的荧光性质、良好的生物相容性、还原性、低毒性、催化性等诸多优良性质，引起了越来越多的研究和应用。金属纳米颗粒因其独特的表面等离子体共振性质(SPR)、催化性同样被应用于化学传感、生物成像等诸多领域。光化学传感器是以光学信号为输出信息且针对特异性识别目标分子的探测器，主要分为荧光化学传感器和比色化学传感器。基于碳量子点独特的荧光性质，金属纳米颗粒独特的 SPR吸收性质，本文以碳量子点及其金属纳米复合材料构建荧光及比色化学传感器。这种化学传感器可以用于检测水环境中的重金属离子和尿样中氨基酸，并且展现出良好的选择性和灵敏度。本文的主要开展工作如下：
　　1.基于镁、氮双掺杂碳量子点通过荧光法检测汞离子和半胱氨酸以及抑制逻辑门的构建
　　镁、氮双掺杂的碳量子点(Mg-N-CQDs)被作为一种新型的荧光传感器来检测Hg(II)和半胱氨酸，并展现出良好的灵敏度和选择性。通过水热法合成的Mg-N-CQDs拥有很高的荧光强度，然而，Hg(II)的存在会使其荧光迅速猝灭。这是因为 Mg-N-CQDs和 Hg(II)之间形成了一种不发荧光的复合物。有趣的是，由于半胱氨酸与Hg(II)之间的作用力更强，继续加入半胱氨酸又会使 Mg-N-CQDs/Hg(II)水溶液的荧光恢复。基于这一现象，一种新型的荧光探针被研究用来检测Hg(II)和Cys。此外，我们用这种荧光探针检测实际样品中的Hg(II)和Cys时，也同样得到了满意的结果。其中，Hg(II)的回收率为95.5%-107.5%，Cys的回收率为105.7%-107.9%。最后，我们设计了一种以Hg(II)/Cys为输入，以Mg-N-CQDs荧光信号为输出的抑制逻辑门来模拟这个实验。
　　2.基于抑制金纳米颗粒/碳量子点复合材料的形成构建比色、荧光双信号传感器检测精氨酸
　　一种新型的二维光学信号平台，同时结合了荧光法和比色法的优点，被设计用来检测精氨酸(Arg)。该平台基于监督 Arg对金纳米颗粒/碳量子点(Au/CQDs)复合材料生长的影响构建而成。在这篇文章中，以乙二醇为原料合成的 CQDs同时作为还原剂和稳定剂使用。考虑到Arg是20种人体必需氨基酸中唯一含有胍基的氨基酸，并且具有最高的等电点(pI=10.76)，所以在pH=7.4的条件下，精氨酸带正电。因此，精氨酸中带正电荷的胍基会与AuCl4–和CQDs通过静电作用相结合，从而抑制Au/CQDs复合材料的生长。这样以来，加入Arg后，体系的颜色不会发生改变，CQDs的荧光也不会被猝灭。基于颜色和荧光的信号变化，分别得到Arg的检测限为37和450 nM。此外，这个双信号传感器仅对Arg具有良好的选择性。用于检测尿液中的Arg时也能得到满意的结果，Arg的回收率为106.3%-109.6%。
　　3.以PEI合成的碳量子点为还原剂和稳定剂制备银纳米颗粒/碳量子点复合材料用于检测Hg2+
　　以 PEI为原料合成的新型碳量子点拥有良好的还原能力，因此被作为还原剂和稳定剂来制备银纳米颗粒/碳量子点(Ag/CQDs)复合材料。当Ag/CQDs溶液中加入Hg2+时，溶液颜色从黄色变成无色，并伴随Ag/CQDs复合材料吸收值的下降和表面等离子共振峰(SPR)的移动。通过对TEM, XPS和XRD表征结果的进一步研究，我们得出这一现象可能是由于银汞齐的形成导致的。因此，一个基于Ag/CQDs复合材料构建的双信号平台被用来检测Hg2+。基于吸收值得变化，Hg2+的浓度在0.5-50μM的范围内存在良好的线性关系，检测限为85 nM。此外，这个传感器还对Hg2+具有良好的选择性。我们将此方法用于检测实际水样中的Hg2+也同样得到了满意的结果，Hg2+的回收率为94.45%-104.50%。

目录

第一章 绪论

1.1 碳量子点

1.2 金属纳米颗粒

1.3 光化学传感器

1.4 本文研究思路

参考文献

第二章 基于镁、氮双掺杂碳量子点通过荧光法检测汞离子和半胱氨酸以及抑制逻辑门的构建

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

参考文献

第三章 基于抑制金纳米颗粒/碳量子点复合材料的形成构建比色、荧光双信号传感器检测精氨酸

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果和讨论

3.4 结果与讨论

参考文献

第四章 以PEI合成的碳量子点为还原剂和稳定剂制备银纳米颗粒/碳量子点复合材料用于检测Hg2+

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

致谢

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