石墨烯量子點在水溶液中對汞離子、碘離子和有機小分子的檢測研究.pdf

1、石墨烯量子點（GQDs）是一種只有一個原子層厚的二維碳材料，具有杰出的電子性能、機械性能和化學穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)量子點相比，石墨烯量子點不僅具有突出的電子和光學優(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。因此，石墨烯量子點在熒光探針、光電設備、傳感器、細胞成像、藥物遞送、太陽能電池等領域具有廣闊的應用前景。目前，石墨烯量子點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、電化學氧化法、有機分子合成法、微波輔助氧化法及化學剝離碳纖維法等。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，通過化學剝離碳纖維法制備出石墨烯量子點，然后在石墨烯量子點上修飾胸腺嘧啶，所得材料可用于檢測汞離子，并可進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、應時間迅速等優(yōu)點。本論文共包括以下四章。
　　第一章綜述了石墨烯量子點的制備方法、性質(zhì)和應用，并根據(jù)石墨烯量子點的熒光性質(zhì)設計了實驗方案。
　　第二章中，我們制備了胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點，并利用這種材料進行了汞離子、碘離子、含巰基氨基酸的檢測實驗。采用化學剝離碳纖維法制備出石墨烯量子點，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上，得到胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點。加入汞離子后，胸腺嘧啶修飾的石墨烯量子點對汞

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發(fā)生團聚，導致熒光下降。若在此時，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。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可以用于識別含巰基氨基酸。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對三價鐵離子和抗壞血酸的檢測。由于石墨烯量子點上含有羥基、羧基等含

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