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荧光碳量子点作为一种新型碳纳米材料,因其独特的化学和发光性能,受到研究者的广泛关注。与传统的金属量子点和有机染料相比,碳量子点具有良好的生物相容性和低细胞毒性,制备简单且易于表面修饰和功能化。本论文制备了三种荧光碳量子点,对其化学和光学性质进行表征研究,并将所制备的碳量子点用于环境污染物的检测,金属离子的检测,pH的监测以及生物成像领域。主要内容包括:第一章:概述碳量子点组成、结构及发光特性,在此基础上,进一步对碳量子点的制备方法及研究进展做了综述。第二章:以柚子皮为原料,分别通过高温碳化法和低温浓酸酸化法制备出两种碳量子点:CDs-1和CDs-H,对比发现酸化后量子产率明显提高(CDs-1:0.02;CDs-H:0.24)。进一步通过荧光,紫外可见吸收光谱,傅里叶变换红外光谱,透射电子显微镜等对CDs-H结构和性能进行表征,研究发现:苦味酸(PA)可使CDs-H荧光猝灭,进一步研究其机理发现苦味酸的紫外吸收与CDs-H的激发和发射光谱存在很大部分重叠,通过测量其荧光寿命进一步论证猝灭机理为内滤效应。PA检测线性范围为0.5-40μM,检出限为43 nM。由此构筑高灵敏度的PA荧光传感器并将其用于汾河水和自来水样中PA的分析检测。第三章:以玉米芯为原料,乙二胺为氮源,一步微波法制备出绿色荧光氮掺杂量子点(N-CDs),制备原料绿色、廉价,制备方法简便、快捷。进一步对N-CDs的结构和性能进行表征,结果表明:N-CDs具有优异的化学和光学性能,良好的细胞相容性和低细胞毒性。N-CDs对Cr(Ⅵ)选择性响应良好,灵敏度高,检测范围为0.5-25μM,检出限为82 nM。N-CDs成功应用于人乳腺癌细胞MCF-7的成像中,且加入Cr(Ⅵ)后明显观测到荧光猝灭现象。将N-CDs应用于汾河水和自来水样中Cr(Ⅵ)的检测,回收率在97.20%-105.60%之间。由此构筑高选择性和灵敏度的Cr(Ⅵ)荧光传感平台,应用于实际样品中Cr(Ⅵ)的检测,同时也在生物细胞中Cr(Ⅵ)的检测有应用前景。第四章:以对苯二胺和乙二胺为前驱体,一步微波法制备出长波长发射的高效橘色荧光碳量子点(N-CDs)。制备方法简便快捷,无需通过柱色谱法和高效液相色谱等复杂的分离步骤。以罗丹明B作为参照剂测得N-CDs的量子产率高达0.14。N-CDs尺寸大小均一,离子和光稳定性良好,对pH具有灵敏响应性,线性响应范围在4.5-7.0,pKa=5.80。响应范围在低中性区域,与生理环境的pH相接近,存在较大应用价值。同时其长波长发射的橘色荧光能避免部分细胞中生物基质自体荧光的干扰以及减少光损伤,由此构建基于碳量子点的pH荧光传感器,用于溶液或生物细胞中pH的监测。N-CDs有望实时跟踪生理条件下细胞内pH值的变化,在生物纳米材料、疾病诊断和生物医学领域发挥应用潜力。