石墨烯量子点的制备及其在光致发光传感中的应用

摘要

石墨烯及功能化石墨烯是最近科学界的热门材料，将石墨烯进行共价或非共价键功能化，使其拥有光化学或电化学活性基团成为研究的热点。基于石墨烯及功能化石墨烯构建的荧光共振能量转移生物传感器中，石墨烯及功能化石墨烯大多作为能量接受体，使荧光发射体的荧光猝灭，应用于DNA、蛋白质、ATP等生物分子检测。由于石墨烯及功能化石墨烯表面性质使其光致发光强度较弱，一般很少将其作为荧光发射体。但是，可以用化学方法改变石墨烯的尺寸和形状，使得石墨烯变为小于100 nm的表面带含氧基团的石墨烯片，我们将其称为石墨烯量子点，这种小尺寸的石墨烯量子点具有优良的光致发光性质。最近，石墨烯量子点的制备成为大家关注的焦点，关于其应用还是处于初级阶段。本研究的主要内容有以下几个方面：
　　 ⑴通过水热法用石墨烯片制备石墨烯量子点。采用红外表征证明所制得的蓝色发光石墨烯量子点表面富含羧基，通过原子力显微镜、透射电镜及荧光对石墨烯量子点进行表征，结果表明石墨烯量子点大多为单层和双层，厚度在0.5 nm和1.0 nm，粒径在10-20nm，其荧光具有激发波长依赖，当激发波长从310 nm变至380 nm时，荧光发射峰位置相应的从450 nm移至510nm，光致发光强度迅速降低。石墨烯量子点抗盐能力较强，NaCl对其发光几乎没有影响。但是pH值对石墨烯量子点的发光有很大的影响，酸性条件下发光弱，碱性条件下发光较强。石墨烯量子点具有良好的水溶性、生物相容性、低毒性和抗光漂白性质。
　　 ⑵石墨烯量子点构建光致发光传感器检测水中磷酸根含量。镧系离子Eu3+离子起到桥梁的作用，与石墨烯量子点表面的羧基配位，使石墨烯量子点聚集，引起能量或者电子的转移，导致石墨烯量子点的荧光猝灭。由于Eu3+与磷酸根提供的氧的配位能力比与石墨烯量子点表面的羧基提供的氧的配位能力强，当加入磷酸根时石墨烯量子点会重新分散，荧光恢复，根据荧光恢复程度定量检测磷酸根浓度。磷酸根检测的线性范围在0.5μmol/L到190μmol/L，其最低检测限可达到为0.1μmol/L，为了证明本方法的可行性，将其应用于人工湖水样中的磷酸根检测，结果证明该方法检测实际样品中的磷酸根，回收率极高。此方法检测磷酸根具有选择性好及灵敏度高的优点。
　　 ⑶石墨烯量子点应用于三价铁离子及双氧水的检测。铁是血红蛋白的主要成分之一，在人体中起着很重要的作用，因此三价铁离子的检测是有必要的。石墨烯量子点表面的羧基可以与三价铁离子配位，使得石墨烯量子点聚集，导致能量或者电子的转移，使石墨烯量子点的荧光猝灭。由于石墨烯量子点聚集后颗粒变大，引起光散射强度的增大。由于双氧水强的氧化-还原能力，可以将亚铁离子氧化成三价铁离子，这样可以将石墨烯量子点应用于双氧水的检测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 功能化石墨烯

1．2．1 石墨烯的共价键功能化

1．2．2 石墨烯的非共价键功能化

1．2．3 功能化石墨烯的应用

1．3 石墨烯量子点

1．3．1 GQDs的性质

1．3．2 GQDs的制备

1．3．3 GQDs的应用

1．4 本论文主要研究内容

参考文献

第2章 石墨烯量子点的制备及其性质研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 仪器

2．2．3 实验步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 紫外表征

2．3．2 荧光光谱表征

2．3．3 红外光谱表征

2．3．4 SEM、TEM及AFM表征

2．3．5 离子强度的影响

2．3．6 pH的影响

2．4 结论

参考文献

第3章 石墨烯量子点结合铕离子作为新颖的光致发光探针用于磷酸根传感

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 仪器

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 GQDs表征

3．3．2 缓冲溶液pH的优化

3．3．3 Eu3+对GQDs荧光猝灭作用

3．3．4 Pi对GQDs／Eu3+聚集物的荧光恢复作用

3．3．5 荧光寿命表征

3．3．6 AFM表征

3．3．7 动力曲线

3．3．8 干扰

3．3．9 实际样品检测

3．4 结论

参考文献

第4章 石墨烯量子点荧光检测三价铁离子及双氧水

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 仪器

4．2．3 实验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 GQDs表征

4．3．2 GODs荧光光谱表征

4．3．3 pH优化

4．3．4 三价铁的检测

4．3．5 双氧水检测

4．3．6 干扰

4．4 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果