苯并噁嗪基荧光碳纳米颗粒的制备及其离子检测性能研究

摘要

荧光碳纳米颗粒由于其优异的光学性质，良好的化学稳定性和低毒性在过去十几年得到快速发展，并广泛应用到众多领域，例如:生物成像、催化、光电器件和化学传感等。然而荧光碳纳米颗粒在化学传感领域的应用依然存在一些问题，例如制备出碳纳米颗粒的荧光多为短波长（蓝光）;只能在较温和的pH环境下进行检测和用于检测时的pH环境较单一等。针对以上的问题，本文通过以苯并噁嗪单体为碳源合成得到了绿色荧光的碳纳米颗粒，并应用于不同离子的检测研究，主要包含以下两个方面的工作:
　　(1)以三聚氰胺、甲醛和苯酚为原料，通过曼尼希反应合成得到苯并噁嗪(BZ)单体，再以得到的BZ单体为碳源通过一步水热法合成得到绿色荧光碳纳米颗粒(G-CNPs)。通过扫描电镜、透射电镜表征得出G-CNPs的平均粒径约为150nm。X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱的表征结果表明G-CNPs表面含有大量的羧基官能团。利用紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪对G-CNPs进行了光学性质的表征，结果显示G-CNPs具有良好的激发依赖下的荧光发射性质。获得的G-CNPs可以在强碱性(pH=14)环境下通过内滤效应(IFE)高选择性地灵敏地检测Cr(Ⅵ)，检测范围为1-300μM，检测限为0.58μM，且将G-CNPs成功应用到了实际样品（湖水）中Cr(Ⅵ)含量的评价。
　　(2)以BZ单体为碳源和氮源通过一步水热法合成得到绿色荧光碳点(G-CDs)，通过透射电镜和原子力显微镜得出G-CDs的平均粒径约为5nm。X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱的表征结果表明G-CDs表面含有羧基和酰胺官能团。紫外-可见光谱和荧光光谱的结果表明G-CDs具有较强的荧光效率(18％)。研究发现G-CDs的荧光强度随pH改变，在中性条件下(pH=7.0）荧光强度低，可以被Zn(Ⅱ)特异性地增强，从而构建一个荧光turn-on探针。其对Zn(Ⅱ)的检测范围为1-100μM，检测限为0.32μM，并成功应用于血清中Zn(Ⅱ)的测定。在碱性条件下(pH=10.0)荧光强度高，可以被Cr(Ⅵ)特异性的猝灭，构建一个turn-off探针。其对Cr(Ⅵ)的检测范围为1-50μM，检测限为0.99μM，并且该探针也应用到了实际样品（湖水）中Cr(Ⅵ)的检测。

目录

声明

摘要

缩略语表

第一章 绪论

1．1 荧光碳纳米颗粒概述

1．2 荧光碳纳米颗粒的发光原理

1．2．1 表面状态效应

1．2．2 量子效应

1．2．3 电子空穴和辐射重排理论

1．3 荧光碳纳米颗粒的制备

1．3．1 自上而下法(top-down)

1．3．2 自下而上法(bottom-up)

1．4 荧光碳纳米颗粒的应用

1．4．1 传感应用

1．4．2 载药和转移基因

1．4．3 生物成像

1．4．4 催化应用

1．5 论文的选题依据和研究内容

1．5．1 选题依据

1．5．2 研究内容

第二章 苯并噁嗪制备G-CNPs及其在强碱环境下对Cr(Ⅵ)的检测性能研究

2．1 引言

2．2 实验试剂及仪器

2．3 实验部分

2．3．2 G-CNPs的制备和提纯

2．3．3 G-CNPs的表征

2．3．4 离子传感实验

2．3．5 Cr(Ⅵ)的实际样品检测

2．4 结果与讨论

2．4．1 苯并噁嗪(BZ)和G-CNPs的制备

2．4．2 G-CNPs的形貌表征

2．4．3 G-CNPs的化学组成与表面结构

2．4．4 G-CNPs的光学性质

2．4．5 pH对G-CNPs荧光的影响

2．4．6 G-CNPs在强碱环境中检测Cr(Ⅵ)的性能

2．4．7 G-CNPs的检测机理研究

2．5 本章小结

第三章 苯并噁嗪制备G-CDs及其作为荧光猝灭和增强型探针的性能研究

3．1 引言

3．2 实验试剂及仪器

3．3 实验部分

3．3．2 G-CDs的制备和提纯

3．3．3 G-CDs的表征

3．3．4 量子效率(QY)的计算

3．3．5 G-CDs对Zn(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的选择性和定量分析

3．3．6 实际样品检测

3．4 结果与讨论

3．4．2 G-CDs的形貌表征

3．4．3 G-CDs的表面结构表征

3．4．4 G-CDs的光学性质表征

3．4．5 pH对G-CNPs荧光的影响

3．4．6 G-CDs在pH=7．0检测Zn(Ⅱ)的性能

3．4．7 G-CDs在pH=10．0检测Cr(Ⅵ)的性能

3．4．8 实际样品检测性能

3．5 本章小结

第四章 全文总结与展望

参考文献

附录

致谢