颜色可调的细菌纤维素/碲化镉量子点复合膜的水相制备及应用探究

摘要

量子点（Quantum Dots）是一种新型的荧光纳米材料。与传统荧光染料相比，量子点具有激发波长宽，发射峰窄且位置可调，荧光颜色丰富，发光效率高，荧光寿命长稳定性好等优点，在生物医药，环境检测，电子电工，半导体器件以及传感器等许多领域都有广泛的应用前景。量子点的合成方法主要可分为油相法和水相法，其中水相合成法具有实验步骤相对简便，成本低，过程无毒环保以及产品水溶性好等优点，逐渐成为了研究的热门。然而其产物依旧存在一些问题例如表面形貌相对较差，容易团聚，荧光强度低等，从而制约了其发展。通过制备量子点/高分子复合材料，不但可以改善量子点的性能，也能拓展其应用。细菌纤维素（BC）作为一种天然的高分子材料具有纯度高，结晶度高，纤维直径为纳米级，三维多孔网状结构，强度高，生物相容性好等优异的性能，其纤维表面也有大量的羟基，十分适合作为水相合成CdTe量子点的模板。本文介绍了一种简单方便，经济环保的CdTe量子点水相合成方法，改善了传统水相合成法的实验操作。并将BC作为模板，用原位聚合法制备CdTe量子点/BC纳米复合材料，可以改善量子点生长过程，有效提升其荧光性能与稳定性。并且可以作为一种铜离子检测试纸，对铜离子有良好的选择性和灵敏度。主要工作内容如下：
　　（1）首先我们改进了CdTe量子点的水相合成法，用更加稳定的Na2TeO3取代常规的Te粉作为碲源，利用常规配体巯基乙酸做稳定剂,使用过量NaBH4作为还原剂。该方法更加简便且不需要N2保护，通过控制反应时间0.5h，2h和13h能制得绿色荧光，橙色荧光和红色荧光的量子点溶液。对产物进行了光致发光光谱及TEM分析进行了表征，结果表明CdTe量子点的表面形貌不规整且易团聚，荧光性能还有待提高且长反应时间下（13h）荧光性能较差。
　　（2）以BC为模板，在制备CdTe量子点溶液的基础上用原位聚合的方法制备了三种荧光颜色的CdTe/BC纳米复合膜。复合膜表面平整，荧光颜色均匀且明亮。通过XRD，FESEM-EDS，TEM对微观结构进行了表征，结果表明BC表面成功生成CdTe量子点，其形状规则粒径均匀，没有团聚现象发生。通过UV-vis光谱和PL光谱对荧光性能进行了表征，结果表明BC有效提升了CdTe量子点的性能，并克服了较长反应时间对CdTe量子点性能的影响。通过TG以及力学性能分析表明复合膜很好地维持了BC原本的特性。
　　（3）利用荧光猝灭现象，将CdTe/BC复合膜制成一种铜离子检测试纸。在离子选择性实验中，通过PL光谱分析发现复合膜对铜离子有良好的选择性，且量子点粒径越小灵敏程度越高，绿色复合膜具有最好的铜离子检测性能。在灵敏度实验中，通过PL光谱分析建立了荧光猝灭方程：F0/F=1+0.0028585C（C=10-6mol/L），猝灭常数为K=2.858×103L/mol，绿色膜的检测限为0.016mM。通过XPS能谱分析确定了荧光猝灭过程及反应机理。

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第一章 综述

1.1量子点

1.2细菌纤维素

1.3细菌纤维素-碲化镉量子点复合物（CdTe/BC）

1.4课题研究内容

第二章 CdTe/BC纳米复合膜的制备及表征

2.1前言

2.2仪器与药品

2.3CdTe量子点溶液的制备

2.4CdTe量子点溶液的表征手段

2.5CdTe量子点溶液的制备的结果与讨论

2.6CdTe/BC复合膜的制备

2.7CdTe/BC复合膜的表征手段

2.8CdTe/BC复合膜的的制备的结果与讨论

2.9本章小结

第三章 CdTe/BC纳米复合膜在金属离子检测方面的应用

3.1前言

3.2仪器与药品

3.3实验内容

3.4测试与表征手段

3.5结果与讨论

3.6猝灭机理分析

3.7本章小结

第四章 总结

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间的研究成果