碳基纳米材料的制备及其在检测和光电化学能量转换中的应用

摘要

碳基纳米材料，基于其独特的光电性质和良好的生物相容性，在生物检测和催化等领域有广泛的应用前景。然而，碳基纳米材料的性质和应用还有待于进一步研究。本文利用回流、热解等不同的化学方法设计制备了不同的碳基纳米材料。从研究其结构和性质出发，研究了碳点（CDs)对诺氟沙星（NOR)检测和对Zn2+检测的应用，并进一步探索了氮化碳/二氧化钛纳米管阵列（C3N/H O2 NTs)在光电化学能量转换中的应用。
　　本研究主要内容包括：⑴通过回流的方法制备了强荧光碳点（CDs)。所制备的碳点尺寸为4-7nm,并且具有良好的荧光稳定性。研究发现，随着诺氟沙星（NOR)浓度的增加，CDs-NOR体系的荧光强度逐渐增强。实验证明，所获得的强荧光C D s可以作为无标记的荧光探针实现对NOR方便、灵敏的检测。其最低检测限为1.33x10_8 m o H1，检测范围从1.33x10-8 mol.L-1到2x10-5 m o H1(相关系数为0.995，pH为5.9)。实验表明CDs-NOR体系荧光的增强归结于C D s和N O R之间的氢键作用。⑵以葡萄糖为碳源，通过一步回流的方法制备了碳点(CDs)。所得到的CDs具有均匀的尺寸分布和良好的荧光性质。以CDs作为能量给体，槲皮素-Zn2+作为能量受体，建立起基于荧光共振能量转移(FRET)机制的体系来检测Zn2+。这种体系可以实现对Zn2+高灵敏性和高选择性的检测。研究证明，该体系对于Zn2+的最低检测限为2x10_6 m o lt1,检测范围从2x10_6 mol.L-1到1x10-4 mol.L-1。此外，实验进一步证明这种方法可以成功实现对生物体系中（活的Hela细胞)Zn2+的检测。⑶通过在二氧化钛纳米管阵列（TiO2 N T s)表面原位生长C3N4的方法制备了C3N4/T1O2 NTs光电极。利用透射电镜（T E M)，扫描电镜（SEM)，X射线光电子能谱仪（XPS)等表征技术研究了 C3N4/T1O2 NTs的结构和性质。实验表明，C3N4作为敏化剂可以明显增强T1O2 NTs在可见光区的光响应。在模拟太阳光照射下(AM1.5 G，100 mWxm_2)，C3N4/TIO2 NTs光电极的光电流密度是Ti〇2NTs光电极的光电流密度的六倍。C3N4/T1O2 NTs光电极的平均氢气析出速率为19.1^mol-h-1(电极活性面积约为0.7cm2)，法拉第效率达到97％。

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第一章绪论

1 .1碳基纳米材料概述

1 .2碳基纳米材料的研究进展

1 .3光电化学能量转换概述

1 .4本课题的选题意义和研究内容

参考文献

第二章荧光碳点方便、灵敏的检测诺氟沙星

2 .1前言

2 .2仪器及试剂

2 .3实验与表征

2 .4结果和讨论

2 .5结论

参考文献

第三章荧光碳点灵敏的检测锌离子

3 .1前言

3 .2仪器及试剂

3 .3实验和表征

3 .4结果与讨论

3 .5结论

参考文献

第四章C3N4敏化的TiO2纳米管阵列光电极增强的光电化学性能

4 .1前言

4 .2仪器及试剂

4 .3实验和表征

4 .4结果与讨论

4 .5结论

参考文献

第五章总结

攻读学位期间本人公开发表的论文

致谢