【摘 要】
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碳点作为一类新型荧光碳纳米材料,其结构和性能具有丰富的可变性。在碳点的制备过程中,反应条件的变化可促使碳点形成不同的微观结构,并进而影响其荧光发光性能和其他理化性能。研究发现硅氧烷单体和聚硅氧烷等有机硅材料可对碳点进行功能化修饰,从而避免碳点产生团簇聚集,有利于调控碳点的光学性能,拓展碳点的应用前景。本文通过原位水热或溶剂热的方法,分别以硅氧烷单体和聚硅氧烷两类有机硅材料作为修饰剂,与柠檬酸反应得
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碳点作为一类新型荧光碳纳米材料,其结构和性能具有丰富的可变性。在碳点的制备过程中,反应条件的变化可促使碳点形成不同的微观结构,并进而影响其荧光发光性能和其他理化性能。研究发现硅氧烷单体和聚硅氧烷等有机硅材料可对碳点进行功能化修饰,从而避免碳点产生团簇聚集,有利于调控碳点的光学性能,拓展碳点的应用前景。本文通过原位水热或溶剂热的方法,分别以硅氧烷单体和聚硅氧烷两类有机硅材料作为修饰剂,与柠檬酸反应得到有机硅功能化碳点,实验优化了硅氧烷功能化碳点的制备工艺,将其应用在Cl O-离子检测领域,并且探讨了聚硅氧烷结构对碳点荧光发光性能的影响。本文研究内容包括:(1)硅氧烷单体功能化碳点:以硅氧烷单体(3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷,DAMO)和柠檬酸(CA)为原料,通过原位水热反应的方式制备硅氧烷功能化碳点OSi CD。经试验摸索得到的最优反应条件为原料配比n(CA):n(DAMO)=2:5,反应温度160℃,反应时长2 h。在最优反应条件下,得到的OSi CD粒径小(2.7 nm),单分散性好,无团簇聚集现象,荧光量子产率可达79.9%。基于Cl O-对OSi CD产生的荧光猝灭现象,建立一种可用于检测Cl O-的碳点荧光探针体系,其检测线性范围可达10~200μmol/L,相关系数R~2=0.995。在自来水中对Cl O-检测的适用性良好,具有实际应用价值。(2)聚硅氧烷功能化碳点:基于“预聚合,后修饰”的思路,首先通过调整γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷的摩尔比,利用缩合聚合的方式将两种硅氧烷单体预聚合,得到侧链氨丙基含量不同的聚硅氧烷。接着将聚硅氧烷作为修饰剂与柠檬酸进行原位溶剂热反应,得到荧光发光不同的聚硅氧烷功能化碳点。在370 nm紫外光激发下,随着聚硅氧烷结构中氨丙基含量的降低,碳点的荧光发射产生蓝移(由500 nm蓝移到450 nm),且荧光强度具有“先增强后减弱”的趋势(在AVPS(2-1)-CD处有最强荧光发射)。通过结构表征,证明随着聚硅氧烷侧链氨丙基含量的减少,功能化碳点的粒径变小,表面氮元素的存在形式发生转变。通过基元荧光光谱和三维拟合分析,证明在370 nm激发波长下,碳点的荧光发射蓝移主要是源自不同波长位置的基元光谱发生强度变化,并且聚硅氧烷侧链氨丙基含量改变会导致碳点的荧光发光核心区域发生变化。因此,通过调控聚硅氧烷的氨丙基含量可调节功能化碳点的荧光发光。
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