碳量子點(diǎn)的制備及其在電分析化學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，量子點(diǎn)（QDs）以其優(yōu)良的光化學(xué)性質(zhì)和較大的比表面積等性質(zhì)而在電化學(xué)、生物化學(xué)以及臨床診斷等方面得到廣泛的應(yīng)用。不過半導(dǎo)體量子點(diǎn)也有不足之處，比如光閃爍現(xiàn)象以及重金屬離子的較強(qiáng)的細(xì)胞毒性等，因此其實(shí)際應(yīng)用范圍會(huì)受到一定程度的限制。碳量子點(diǎn)（CQDs）是一種新式的碳納米材料，與傳統(tǒng)的納米材料相比，它不僅具備優(yōu)良的光學(xué)性能以及良好的小尺寸特性，而且毒性低，生物安全性強(qiáng)。相比于含金屬半導(dǎo)體量子點(diǎn)，碳量子點(diǎn)不存在光閃爍現(xiàn)象，而且生物相容

2、性較好，因此碳量子點(diǎn)可用來替代金屬量子點(diǎn)并得以廣泛應(yīng)用。
　　本文主要從碳量子點(diǎn)的制備以及在電化學(xué)方面的應(yīng)用出發(fā)，探索出一種制備碳量子點(diǎn)的較好方法，實(shí)驗(yàn)條件簡單、制備快捷而且經(jīng)濟(jì)環(huán)保，所得到的碳量子點(diǎn)具有優(yōu)良的性能。其次合成了其它元素?fù)诫s的碳量子點(diǎn)，摻雜可以提高碳量子點(diǎn)的電化學(xué)發(fā)光（ECL）性能。最后，將表面羥基化的碳量子點(diǎn)應(yīng)用于銅離子的檢測(cè)并對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行相應(yīng)探討。論文的主要工作如下：
　　1. CQDs、Ag@CQDs、

3、NCQDs的制備
　　建立了一種以葡萄糖作為碳源，利用水熱法一步合成熒光碳量子點(diǎn)（CQDs）的方法。合成的碳量子點(diǎn)具有良好的電化學(xué)發(fā)光特性、熒光特性、抗光漂白性以及較好的抗鹽性、水溶性、低毒性。利用透射電子顯微鏡（TEM）觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，碳量子點(diǎn)在溶液中分布均勻，粒徑范圍為7.0±0.5 nm。紫外光譜表征結(jié)果顯示，碳量子點(diǎn)在260 nm有吸收峰。熒光圖譜顯示碳點(diǎn)在激發(fā)波長335 nm時(shí)，其發(fā)射波長在425 nm。紅外光譜（FTIR）的

4、表征結(jié)果顯示碳量子點(diǎn)表面含有羧基、羰基等含氧基團(tuán)。在已經(jīng)制備好的碳量子點(diǎn)的基礎(chǔ)上加入 AgNO3，利用 NaOH的還原作用合成了銀摻雜的碳量子點(diǎn)（Ag@CQDs）。通過透射電子顯微鏡（TEM）得知，碳量子點(diǎn)的分布比較均勻，粒徑范圍為30±2.0 nm。紫外光譜表征結(jié)果顯示 Ag@CQDs在波長260 nm與430 nm有明顯的吸收峰。熒光圖譜顯示 Ag@CQDs在激發(fā)波長為335 nm時(shí)，其發(fā)射波長在425 nm，相同濃度的Ag@CQD

5、s熒光強(qiáng)度相比于 CQDs熒光強(qiáng)度降低。還建立了一種以丙氨酸為碳源、氮源，水熱法合成氮摻雜碳量子點(diǎn)（NCQDs）的方法。紫外圖譜顯示其在320 nm處有吸收峰。熒光圖譜顯示激發(fā)波長為360 nm，發(fā)射波長在440 nm。
　　2. Ag@CQDs的電化學(xué)發(fā)光及其應(yīng)用于氯離子的高靈敏檢測(cè)
　　利用 Nafion將 Ag@CQDs修飾到玻碳電極上，研究了其電化學(xué)發(fā)光行為。相比于 CQDs在玻碳電極上的電化學(xué)發(fā)光，Ag@CQDs修

6、飾到玻碳電極上的電化學(xué)發(fā)光更穩(wěn)定而且發(fā)光強(qiáng)度增加近十倍。在0.1 M pH=7.4的磷酸鹽緩沖溶液（PBS）中，以過硫酸鉀（K2S2O8）作為共反應(yīng)物?；诼入x子（Cl-）能有效地猝滅 Ag@CQDs的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，建立了一種靈敏度較高的檢測(cè)Cl-的新方法，同時(shí)對(duì)于Cl-能夠猝滅Ag@CQDs的電化學(xué)發(fā)光的可能機(jī)理進(jìn)行了相應(yīng)的探討。結(jié)果表明，Cl-的濃度在0.99 nM—450 nM范圍內(nèi)，分析信號(hào)(I0-I)/I0與氯離子濃度有良好

7、的線性關(guān)系，檢出限為0.33 nM（S/N=3）。
　　3. Cu2+對(duì)NCQDs電化學(xué)發(fā)光體系的猝滅作用及其靈敏檢測(cè)
　　在PBS（pH=7.0，0.1 M）溶液中，以過硫酸鉀（K2S2O8）作為共反應(yīng)物，研究了NCQDs的電化學(xué)發(fā)光行為。由于Cu2+能夠猝滅 NCQDs的電化學(xué)發(fā)光，基于此建立了一種檢測(cè) Cu2+的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分析信號(hào)(I0-I)/I0與 Cu2+的濃度呈良好的線性關(guān)系，線性范圍為0.20μM—3