生物质基氮掺杂碳量子点的制备及其荧光性能研究

摘要

碳量子点是一种新型的荧光碳纳米材料，其颗粒尺寸在10 nm以下，由于碳量子点具有独特的激发波长可协调性、生物相容性、低的细胞毒性等特征，其在荧光成像、离子检测、生物传感等方面有着广阔的应用前景。本文以碳量子点新的制备方法为对象展开研究，以不同原料作为碳的前驱体，采用不同的制备方法得到荧光性能优越的氮掺杂碳量子点，并对其荧光性质、形貌、结构、应用等进行探索，主要研究内容如下：
　　第一部分，以微晶纤维素为制备原料，采用固相热解的制备方法，使纤维素在氨气气氛中直接碳化、热解制备氮掺杂的碳量子点（N-CQDs1），并探索反应时间、反应温度对N-CQDs1制备的影响。所得N-CQDs1具有较好的水溶性、激发波长依赖性、抗光漂白性、pH稳定性等。实验中发现Hg2+可以有效的淬灭N-CQDs1，对其表现出了较好的选择性。碳量子点作为 Hg2+纳米探针，其检测限为7.7 nM，此结果低于美国环境署规定的最低检测限10 nM。
　　第二部分，首次以怀山药为碳源，加入饱和硫酸铵溶液，采用水热的方法制备氮掺杂的荧光碳量子点（N-CQDs2）。考察了各制备条件对于碳量子点荧光性能的影响，结果表明，在反应温度为200℃、时间为12 h、怀山药用量为15 g时，所得氮掺杂碳量子点的性能最佳。同时探讨了碳量子点在防伪识别和荧光薄膜中的应用。
　　本文所提出的碳量子点制备方法，具有原料易得、成本较低、易于规模化制备，过程碳化程度高、产品应用领域专一等特点。制备方法鲜见文献报道，有一定创新性。在碳量子点的多样化制备方面具有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1 碳量子点简介

1.2 碳量子点的制备方法

1.2.1 电弧放电法

1.2.2 电化学制备法

1.2.3 酸氧化法

1.2.4 微波辅助法

1.2.5 水热法

1.3 碳量子点的性质

1.3.1 碳量子点的紫外吸收和荧光性质

1.3.2 碳量子点低的细胞毒性和生物兼容性

1.3.3 碳量子点的上转换荧光性质

1.3.4 碳量子点的其他性质

1.4 碳量子点的应用

1.4.1 生物成像

1.4.2 金属离子检测

1.4.3 光催化应用

1.4.4 发光器件

1.5 碳量子点研究面临的挑战

1.6 本论文的研究意义及主要内容

第二章 固相热解法制备氮掺杂的碳量子点及在痕量Hg2+检测中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 N-CQDs1的制备

2.2.4 N-CQDs1的表征及性能测试方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 N-CQDs1制备条件的优化

2.3.2 N-CQDs1的表征及分析

2.3.3 N-CQDs1的性质研究

2.3.4 N-CQDs1的应用

2.4 本章小结

第三章 基于怀山药制备氮掺杂的碳量子点及其固相应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 N-CQDs2的制备

3.2.4 N2-CQDs的表征及性能测试

3.2.5 N-CQDs2的荧光量子产率的测定和计算方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 饱和硫酸铵在制备过程中的作用

3.3.2 N-CQDs2制备条件的优化

3.3.3 N-CQDs2的表征及分析

3.3.4 N-CQDs2的性质研究

3.3.5 N-CQDs2的应用

3.4 本章小结

第四章 结论与展望

参考文献

致谢