量子点/光子晶体复合材料的制备及传感分析应用研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjm17207928
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CdTe量子点表面具有丰富的活性基团,容易对外界化学刺激产生响应;凝胶光子晶体具有光子带隙结构,对外界化学刺激的响应表现为Bragg衍射波长的改变。本研究创新性地借助聚合反应使CdTe量子点牢固地嵌入到凝胶光子晶体的三维面心立方结构中,制得了CdTe量子点/光子晶体复合材料,然后利用该复合材料实现了对无机金属离子及有机药物分子的快速灵敏检测。本研究不仅提供了一种制备CdTe量子点/聚苯乙烯光子晶体复合材料的新方法,还发展了该材料在分析传感方面的应用。本论文的主要研究内容包括以下三个方面:1、将水相合成法制备的巯基丙酸修饰的CdTe量子点与丙烯酸、丙烯酰胺、过硫酸铵、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺等水凝胶前驱液混合后填入聚苯乙烯光子晶体模板中,引发交联聚合,得到CdTe量子点/光子晶体复合材料。采用扫描电镜(SEM)、光纤光谱仪、固体荧光分光光度计对复合材料进行了表征,结果表明该材料既具有光子晶体的三维面心立方结构和光子带隙特征,又具有CdTe量子点的荧光性能。随后考察了掺杂不同粒径以及不同含量的CdTe量子点对光子带隙性质的影响,结果表明随着量子点粒径或含量的增大,光子带隙位置逐渐红移。2、利用CdTe量子点表面修饰的巯基和羧基与无机金属离子之间的配位作用,实现了CdTe量子点/光子晶体复合材料对Cu2+的分析传感应用。研究结果表明,当CdTe含量为0.02 g、溶液pH为5.0时,复合材料对水溶液中Cu2+的响应性最强,且Cu2+浓度在1.0×10-9 M-1.0×10-2 M范围内,光子晶体衍射峰的变化值与Cu2+的浓度呈现函数关系,方程为Δλ=6.8 logc+76,其线性相关系数为0.97。此外,比较了未掺杂CdTe量子点、掺杂CdTe量子点以及掺杂巯基丙酸的三种凝胶光子晶体在相同条件下对Cu2+的传感,结果表明传感的实现是基于CdTe量子点的表面效应使其表面裸露的巯基和羧基与Cu2+发生了配位作用。3、因为CdTe量子点表面巯基及羧基还可以与有机药物分子中的羧基、仲胺、羰基等形成大量氢键,我们据此实现了CdTe量子点/光子晶体复合材料对环丙沙星的分析传感应用。在pH为5.0的溶液中,复合材料对环丙沙星的响应性最强;当环丙沙星浓度在1.0×10-9 M-1.0×10-4 M范围内时,光子晶体的衍射峰变化值与环丙沙星的浓度也呈函数关系,其方程为Δλ=7.3 logc+72,线性相关系数R2为0.99。该方法可用于盐酸环丙沙星眼药水中环丙沙星含量的测定。
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