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碳量子点(CQDs),具有了优越的光电性能、良好的水溶性和生物相容性,并且制备方法简单,使其在化学传感、生物成像等方面具有巨大的应用潜力。本文基于它的卓越性能,从制备出发,通过不同前驱体,以掺杂杂原子的方式制备获得不同性能的CQDs,并探索该些材料在荧光传感和细胞成像方面的应用。具体研究内容如下:1、本文利用微波法制备得到氮掺杂碳量子点(NCQDs)。通过透射电镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)、光电子能谱仪(XPS)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对其形貌、结构和组分进行表征,结果表明所纯化出的NCQDs,平均粒径约为4.0 nm,表面含有丰富的含氧含氮基团,因此是一种氮掺杂的碳纳米材料。通过紫外分光光度计和荧光分光光度计对NCQDs光学性能进行表征,结果显示NCQDs的紫外吸收在245 nm和339 nm,其荧光发射峰具有波长依赖性,最大荧光激发和发射峰分别为383 nm和457 nm。此外,该材料的荧光发射峰还具有pH依赖性和良好的环境稳定性。由于3,5-二硝基水杨酸对NCQDs荧光表现出强烈的荧光猝灭响应,因此,构建了基于NCQDs荧光探针的3,5-二硝基水杨酸的荧光检测方法,并对该检测体系进行优化。结果表明,3,5-二硝基水杨酸对NCQDs猝灭的程度与其浓度在1μmol/L~100μmol/L内呈良好的线性关系(R2=0.9976),检测限为0.68μmol/L(S/N=3)。同时,初步讨论3,5-二硝基水杨酸对NCQDs荧光的猝灭机制。2、在前一个实验的基础上,我们改变前驱体,以柠檬酸和半胱氨酸为前驱体,用微波法制备得到高荧光量子产率的氮硫共掺杂的碳量子点(NSCQDs)。用TEM对其形貌进行表征,结果表明NSCQDs为近球形,其平均粒径约为2.2nm。FTIR结果表面该材料表面含有含氧、含氮、含硫基团,证明其属于氮硫双掺杂的碳纳米材料。光学表征结果显示,该材料在紫外可见范围内有三个吸收峰,分别处于212、244和348 nm;其最佳荧光激发和发射波长分别为356 nm和423 nm,荧光量子产率可达61.41%,并且荧光发射波长不会随着激发波长的改变而移动,但是具有浓度依赖性和一定范围的pH稳定性。此外,该材料的发光性能同样具有良好的环境稳定性和生物相容性,因此,我们探索了该材料在细胞成像和荧光“油墨”笔方面的应用。