熒光碳納米材料的制備及其在傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、碳納米材料，比如納米金剛石、富勒烯、碳納米管、石墨烯、熒光碳納米材料或碳點(diǎn)具有特殊的性質(zhì)，它們?cè)诩夹g(shù)上具有寬范圍的應(yīng)用前景。特別是碳點(diǎn)，與其他的熒光材料相比具有很多的優(yōu)點(diǎn):高的光學(xué)穩(wěn)定性、發(fā)射顏色可調(diào)等。碳點(diǎn)是一個(gè)很好的熒光探針，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)傳感和生物成像領(lǐng)域。最近幾年來，碳點(diǎn)已經(jīng)成為了研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文以不同的方法合成了顏色不同的熒光碳點(diǎn)，并且以重金屬離子作為分析檢測(cè)的目標(biāo)，充分利用了碳點(diǎn)的表面官能團(tuán)的性質(zhì)，分別構(gòu)建了

2、以碳點(diǎn)為基礎(chǔ)的傳感方法。初步構(gòu)建了對(duì)重金屬離子能夠?qū)崟r(shí)、快速、高靈敏性檢測(cè)重金屬離子并且可以用裸眼觀察到可視化的檢測(cè)方法。另外，利用高能近紅外激光器作為一種新的工具用產(chǎn)生發(fā)白光的二氧化硅納米粒子，在設(shè)備和照明上具有很好的應(yīng)用前景。本論文主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.傳統(tǒng)的pH試紙已經(jīng)廣泛用來定量、半定量檢測(cè)物質(zhì)的酸堿度。然而，發(fā)展一種便攜式并且便宜的方法來用于寬范圍檢測(cè)分析物，這種方法可以使我們從儀器分析中解脫出來，但是一直未取得

3、成功。我們構(gòu)建了一種新型的雙色碳點(diǎn)基礎(chǔ)的比率熒光試紙依賴于劑量敏感的顏色變化來半定量檢測(cè)銅離子。這種試紙的創(chuàng)新是基于兩個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn):一方面:我們合成的紅色碳點(diǎn)表面殘留的對(duì)苯二胺配體可以有效得結(jié)合銅離子，從而產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)的可見吸收峰，這個(gè)吸收峰可以和藍(lán)色碳點(diǎn)的發(fā)射峰能夠很好得重疊，另一方面:銅離子可以同時(shí)與紅色碳點(diǎn)和藍(lán)色碳點(diǎn)的表面的配體形成雙配位，使得小的藍(lán)色碳點(diǎn)吸附在大的紅色碳點(diǎn)的表面。上述的兩種機(jī)制產(chǎn)生了特定的光譜能量轉(zhuǎn)移，從而猝滅了

4、藍(lán)色碳點(diǎn)的光，而紅色碳點(diǎn)的熒光作為內(nèi)標(biāo)并保持不變，銅離子的檢測(cè)線8.82nM。比率熒光試紙是藍(lán)色碳點(diǎn)和紅色碳點(diǎn)（熒光強(qiáng)度7∶1）的混合作為墨水，并且把墨水打印在濾紙上。當(dāng)?shù)渭鱼~離子上去后，藍(lán)的試紙產(chǎn)生連續(xù)的寬范圍的顏色變化，從藍(lán)色變成橙紅色，試紙的劑量分辨能力低至25 nM。
　　2.制備的比率熒光探針用于選擇性的檢測(cè)汞離子，同時(shí)，探針是由發(fā)藍(lán)光的硅納米晶和發(fā)紅光的碳點(diǎn)混合制備而成的。硅納米晶作為接受信號(hào)，而紅色碳點(diǎn)作為內(nèi)標(biāo)。通過

5、加入汞離子，硅納米晶的藍(lán)色熒光被淬滅，而紅色碳點(diǎn)的紅色熒光保持不變。探針顯示出了高的選擇性和靈敏性用于可視化的檢測(cè)汞離子，其檢測(cè)限是7.63 nM。比率熒光試紙是把紅色碳點(diǎn)和藍(lán)色硅納米晶（熒光強(qiáng)度1∶7）的混合液作為墨水，并且把這種墨水打印在濾紙上，制成比率熒光試紙。這種比率熒光試紙顯示出了實(shí)時(shí)、靈敏、快速檢測(cè)汞離子的優(yōu)點(diǎn)。
　　3.白光材料可以應(yīng)用在設(shè)備和照明上，這種材料可以通過發(fā)光效率高并且穩(wěn)定的稀土得到。但是由于稀土資源的稀

6、缺、昂貴和其帶來的嚴(yán)重的環(huán)境問題是以稀土為基礎(chǔ)的材料不可以逾越的障礙。由強(qiáng)激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的瞬間高溫和高壓使得二氧化硅納米粒子內(nèi)部的部分的二氧化硅被還原和碳鏈的裂解，從而使得二氧化硅矩陣中的硅和碳快速地結(jié)晶，從而形成了硅點(diǎn)和金剛石狀的碳點(diǎn)。非常重要的是，產(chǎn)生的二氧化硅納米粒子包含了不同粒徑的硅點(diǎn)和碳點(diǎn)，從而在紫外燈的照射下展示出了寬范圍的熒光光譜來形成了白光。另外，發(fā)光二極管(LED)設(shè)備是由制得的發(fā)白光的二氧化硅納米粒子作為發(fā)光源制備而成