功能化石墨烯量子點(diǎn)的合成、表征及傳感應(yīng)用研究.pdf

1、2004年被發(fā)現(xiàn)的石墨烯，因其獨(dú)特的理化性質(zhì)，引起了眾多領(lǐng)域科學(xué)工作者的關(guān)注。理想的石墨烯是零帶隙半導(dǎo)體，難以觀察到光致發(fā)光現(xiàn)象，這限制了其在光學(xué)分析和光電設(shè)備中的應(yīng)用。理論上，石墨烯粒徑的減小，石墨烯與其他物質(zhì)相互作用而破壞其共軛結(jié)構(gòu)的完整性，都可以實(shí)現(xiàn)對其帶隙結(jié)構(gòu)的調(diào)控，從而獲得具有一定光學(xué)性質(zhì)的石墨烯材料。發(fā)光石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)是指尺寸小于100 nm且厚度小于10層的石墨烯薄層。它除了具有石墨烯的獨(dú)特性能外，還因量子限域效

2、應(yīng)和尺寸效應(yīng)而展現(xiàn)出了新的理化性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、電催化性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)等，在物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域備受關(guān)注。
　　本論文將介紹GQDs的發(fā)展現(xiàn)狀，包括主要的制備方法、理化性質(zhì)及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況。針對GQDs的熒光量子產(chǎn)率不高、催化等新性能有待發(fā)現(xiàn)和分析應(yīng)用研究尚處初步階段等問題，提出了對GQDs進(jìn)行功能化來提高其理化性能，以獲得具有新功能的GQDs，并拓展其分析應(yīng)用的范圍。研究內(nèi)容包括:
　　1、以三羥甲基

3、氨基甲烷(Tris-HMA)和檸檬酸(CA)為原料，一步熱解法得到了發(fā)射強(qiáng)藍(lán)色熒光的摻氮石墨烯量子點(diǎn)(N-GQDs)。該N-GQDs的熒光量子產(chǎn)率可達(dá)到59.2％，并且發(fā)射波長不隨激發(fā)波長的變化而改變，光穩(wěn)定性好，抗高鹽度能力強(qiáng)。其熒光強(qiáng)度與pH值在2-7范圍內(nèi)呈線性關(guān)系?；?，4，6-三硝基苯酚(TNP)對N-GQDs的熒光猝滅作用，提出了N-GQDs測定TNP的方法。該方法選擇性好、靈敏度高，適用于實(shí)際水樣中TNP的檢測。

4、　　2、以多巴胺(DA)為氮源，通過水熱法和強(qiáng)酸氧化法制得N-GQDs。獲得的N-GQDs除具有水溶性好、光學(xué)性能優(yōu)良等性質(zhì)外，還具有內(nèi)在的類酶催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與辣根過氧化物酶（HRP）類似，該N-GQDs的類酶催化活性也受pH、溫度和H2O2濃度的影響。但在同等實(shí)驗(yàn)條件下，N-GQDs的類酶催化活性比HRP的催化活性更好。協(xié)同該N-GQDs的類酶催化活性和葡萄糖氧化酶(GOx)的催化作用，可實(shí)現(xiàn)對H2O2和葡萄糖的比色檢測。該

5、方法簡便、選擇性和靈敏度高，可用于稀釋后的血清和果汁樣品中葡萄糖含量的測定。
　　3、以賴氨酸(Lys)為氮源，氧化石墨烯(GO)為碳源，一鍋法合成了發(fā)射強(qiáng)黃綠色熒光的N-GQDs。該N-GQDs的熒光量子產(chǎn)率為13.2％，水溶性和光穩(wěn)定性好、抗鹽度能力強(qiáng)、生物相容性好，光學(xué)性質(zhì)受激發(fā)波長和pH的影響。利用焦磷酸根離子(PPi)比N-GQDs表面的氨基和羧基與Eu3+間具有更強(qiáng)的配位作用，提出了Eu3+調(diào)控N-GQDs免標(biāo)記熒光增

6、強(qiáng)測定PPi的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法靈敏度高、選擇性好。
　　4、以EuCl3和GO為原料，經(jīng)水熱法和強(qiáng)酸氧化法合成了Eu修飾的石墨烯量子點(diǎn)(Eu-GQDs)。通過多種表征手段考察GQDs與Eu-GQDs之間理化性能的差異，并探討Eu原子作用的可能機(jī)理。獲得的Eu-GQDs具有很好的水溶性和光穩(wěn)定性、抗鹽度能力強(qiáng)，光學(xué)性質(zhì)會(huì)受激發(fā)波長和pH的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cu2+與L-半胱氨酸(L-Cys)間的作用力比其與Eu-GQDs表面的