论文部分内容阅读
碳点（C-dots）因其独特的光电性能和良好的生物相容性，已成为碳纳米材料领域重点研究方向之一。目前，碳点制备的方法主要有电化学法、激光消融法、高温热解法、超声法、微波辅助法以及水热法等，在生物成像及离子检测等方面有较广泛的应用。与传统量子点相比，碳点具有突出的生物相容性和抗光漂白能力，但其荧光量子产率相对较低，造成应用上还存在一定局限。因而，寻找更有效的制备方法、更合适的碳源，对提高碳点的荧光量子产率、实现发光可协调显得十分重要。碳点尺寸小表面积相对较高，具有较高的表面能，对碳点光学性能和稳定性有着较大的影响。因此可通过对碳点表面修饰和元素掺杂两种功能化方法，从而影响其性能，提高其荧光量子产率，实现其发光颜色可调。
本论文的主要研究工作如下：
（1）以果糖和D-果糖-1，6-二磷酸(FDP)为合成前驱体，通过改变两种反应原料的比例和反应温度，利用一步水热绿色法制备了磷掺杂碳点（PCDs），结合紫外-可见吸收光谱，荧光光谱，拉曼光谱，傅里叶红外光谱，X射线光电子能谱等技术对制备PCDs的粒径、表面结构及光学性能进行表征。并测定其荧光量子产率，考察磷原子掺杂对CDs性能的影响。接着用膦甲酸代替FDP作为磷源与果糖混合反应，对比两种磷源制备的磷掺杂碳点的各种性能，考察磷与碳原子连接方式对磷掺杂碳点荧光性能的影响。同时考察了酸度与离子强度对磷掺杂碳点的影响。在优化实验条件下，将磷掺杂碳点应用到了离子测定和细胞荧光成像中。实验结果表明，荧光强度信号与Fe3+浓度在1-50μmol/L范围内时有良好的线性，可实现对Fe3+的灵敏性和定量检测；并成功实现了对肝癌细胞HepG2的荧光标记。
（2）以D-果糖-1，6-二磷酸（FDP）为磷和碳源，碳酸氢铵为氮源。采用一步水热法制备了氮、磷双掺杂碳点（NPCDs），并对制备过程中反应原料比例、反应时间和反应温度等条件进行了优化。对比氮掺杂前后磷掺杂碳点荧光性能的变化发现NPCDs较PCDs在荧光强度和量子产率有明显提高。同时研究了N元素和碳酸氢铵在NPCDs制备过程中的作用。NH4HCO3与FDP反应生成的NPCDs强度明显高于NH3与FDP反应生成的NPCDs，证实了NH4HCO3对NPCDs生成的贡献。实验还考察了pH值和离子强度对NPCDs的影响。
结果表明，NPCDs不仅具有较高的荧光强度和荧光量子产率还具有较强的抗盐性能，在pH=3时具有最强荧光，最后将NPCDs应用到了Fe3+检测实验中，可实现对Fe3+的灵敏性和定量检测。
本论文的主要研究工作如下：
（1）以果糖和D-果糖-1，6-二磷酸(FDP)为合成前驱体，通过改变两种反应原料的比例和反应温度，利用一步水热绿色法制备了磷掺杂碳点（PCDs），结合紫外-可见吸收光谱，荧光光谱，拉曼光谱，傅里叶红外光谱，X射线光电子能谱等技术对制备PCDs的粒径、表面结构及光学性能进行表征。并测定其荧光量子产率，考察磷原子掺杂对CDs性能的影响。接着用膦甲酸代替FDP作为磷源与果糖混合反应，对比两种磷源制备的磷掺杂碳点的各种性能，考察磷与碳原子连接方式对磷掺杂碳点荧光性能的影响。同时考察了酸度与离子强度对磷掺杂碳点的影响。在优化实验条件下，将磷掺杂碳点应用到了离子测定和细胞荧光成像中。实验结果表明，荧光强度信号与Fe3+浓度在1-50μmol/L范围内时有良好的线性，可实现对Fe3+的灵敏性和定量检测；并成功实现了对肝癌细胞HepG2的荧光标记。
（2）以D-果糖-1，6-二磷酸（FDP）为磷和碳源，碳酸氢铵为氮源。采用一步水热法制备了氮、磷双掺杂碳点（NPCDs），并对制备过程中反应原料比例、反应时间和反应温度等条件进行了优化。对比氮掺杂前后磷掺杂碳点荧光性能的变化发现NPCDs较PCDs在荧光强度和量子产率有明显提高。同时研究了N元素和碳酸氢铵在NPCDs制备过程中的作用。NH4HCO3与FDP反应生成的NPCDs强度明显高于NH3与FDP反应生成的NPCDs，证实了NH4HCO3对NPCDs生成的贡献。实验还考察了pH值和离子强度对NPCDs的影响。
结果表明，NPCDs不仅具有较高的荧光强度和荧光量子产率还具有较强的抗盐性能，在pH=3时具有最强荧光，最后将NPCDs应用到了Fe3+检测实验中，可实现对Fe3+的灵敏性和定量检测。