石墨烯量子點(diǎn)在水溶液中對汞離子、碘離子和有機(jī)小分子的檢測研究.pdf

1、石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）是一種只有一個(gè)原子層厚的二維碳材料，具有杰出的電子性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)量子點(diǎn)相比，石墨烯量子點(diǎn)不僅具有突出的電子和光學(xué)優(yōu)勢，還具有毒性低、溶解度高、穩(wěn)定性高、光致發(fā)光、表面積大等優(yōu)點(diǎn)。因此，石墨烯量子點(diǎn)在熒光探針、光電設(shè)備、傳感器、細(xì)胞成像、藥物遞送、太陽能電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，石墨烯量子點(diǎn)的研究主要集中在熒光傳感器、生物成像和載藥等方面。
　　到目前為止，石墨烯量子點(diǎn)的制備方法

2、主要有水熱法、濃酸氧化法、溶劑熱法、紫外-芬頓氧化法、電化學(xué)氧化法、有機(jī)分子合成法、微波輔助氧化法及化學(xué)剝離碳纖維法等。使用的碳源主要有氧化石墨烯、石墨棒、石墨薄膜、碳納米管、碳纖維、炭黑、葡萄糖、檸檬酸以及樹葉等。在本論文中，我們以碳纖維作為碳源，通過化學(xué)剝離碳纖維法制備出石墨烯量子點(diǎn)，然后在石墨烯量子點(diǎn)上修飾胸腺嘧啶，所得材料可用于檢測汞離子，并可進(jìn)一步用于碘離子和含巰基氨基酸的檢測。該傳感器具有靈敏度高、選擇性好、操作方法簡單、響

3、應(yīng)時(shí)間迅速等優(yōu)點(diǎn)。本論文共包括以下四章。
　　第一章綜述了石墨烯量子點(diǎn)的制備方法、性質(zhì)和應(yīng)用，并根據(jù)石墨烯量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案。
　　第二章中，我們制備了胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)，并利用這種材料進(jìn)行了汞離子、碘離子、含巰基氨基酸的檢測實(shí)驗(yàn)。采用化學(xué)剝離碳纖維法制備出石墨烯量子點(diǎn)，再以乙二胺為連接劑通過酰胺鍵將胸腺嘧啶修飾到石墨烯量子點(diǎn)上，得到胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)。加入汞離子后，胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)對汞

4、離子具有較高的靈敏度和較好的選擇性，其對汞離子的檢出限為211 nM。此外，基于“T-Hg2+-T”結(jié)構(gòu)，發(fā)展了一種簡便的“turn on”型熒光探針。這種探針可以用來檢測碘離子和含巰基的氨基酸（如半胱氨酸、谷胱甘肽和高半胱氨酸）。首先在材料中加入汞離子，由于“T-Hg2+-T”結(jié)構(gòu)的生成，引起胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點(diǎn)發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致熒光下降。若在此時(shí)，向溶液中加入碘離子，由于碘離子與汞配位生成更穩(wěn)定的絡(luò)合物，汞離子被競爭下來，“T-H

5、g2+-T”結(jié)構(gòu)被打開，熒光得到恢復(fù)。這種熒光探針對碘離子的檢出限為2.80μM。根據(jù)軟硬酸堿理論（HSAB），汞離子與巰基之間有很強(qiáng)的結(jié)合能力，因此結(jié)合了汞離子的胸腺嘧啶修飾石墨烯量子點(diǎn)可以用于識(shí)別含巰基氨基酸。通過這種方法制備出的熒光探針對半胱氨酸、谷胱甘肽、高半胱氨酸的檢出限分別為4.01μM、1.92μM、2.00μM。
　　第三章中，我們研究了石墨烯量子點(diǎn)對三價(jià)鐵離子和抗壞血酸的檢測。由于石墨烯量子點(diǎn)上含有羥基、羧基等含

6、氧官能團(tuán)，三價(jià)鐵離子與這些含氧官能團(tuán)具有很好的親和能力，引起石墨烯量子熒光強(qiáng)度下降。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定，石墨烯量子點(diǎn)對三價(jià)鐵離子的檢出限為5.7 nM。此外，抗壞血酸具有較強(qiáng)的還原性，三價(jià)鐵離子具有較強(qiáng)的氧化性，二者之間可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)。此過程中，三價(jià)鐵離子被還原為二價(jià)鐵離子，導(dǎo)致三價(jià)鐵離子與石墨烯量子點(diǎn)上的含氧官能團(tuán)之間的配位被破壞，石墨烯量子點(diǎn)的熒光得到恢復(fù)。石墨烯量子點(diǎn)與三價(jià)鐵離子的復(fù)合材料對抗壞血酸的檢出限為536 nM。此種方法