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《山西大学》 2016年
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碳量子点的制备及其在光电响应、铁离子识别和细胞成像中的应用

闫菊平  
【摘要】:碳量子点是继C_(60)、石墨烯、碳纳米管之后的又一种新型的碳纳米材料,因其成本低、良好的荧光特性和生物相容性等优势,在研究初期便受到人们的广泛关注。目前碳量子点在制备、金属离子识别及生物成像研究领域仍是研究热点。本文分别以浓硫酸氧化法和水热法制备了碳量子点,对其进行了表征和性能测试,具体内容概述如下:(1)分别以葡萄糖、蔗糖为碳源通过浓硫酸氧化法制备了尺寸较为均一的(2nm左右)的荧光碳量子点。实验以Ba(OH)2替代NaOH为中和剂,在分离纯化过程中减少了透析分离的次数,缩短了实验所需的时间。利用透射电子显微镜、红外光谱、X射线衍射光谱、紫外光谱和荧光光谱对制得的碳量子点进行了表征,实验发现两种碳量子点均具有良好的水溶性和分散性,葡萄糖为碳源制得碳量子点的量子产率略高。(2)以葡萄糖碳量子点为荧光探针,考察了其对不同金属离子的识别,发现该碳量子点对Fe~(3+)离子具有良好的选择性。实验结果表明碳量子点对Fe~(3+)离子浓度在0-950μM范围内,满足Stern-Volmer方程,R2=0.987。在体系中加入PO43-碳量子点荧光恢复,探讨了荧光猝灭的机理可能是碳量子点表面的官能团与铁离子发生了螯合作用所致。此外,将碳量子点修饰于ITO电极表面后,通过电化学方法进行光电流和光电压测试,发现修饰后的ITO电极具有良好的光电响应行为,与空白ITO电极相比,光电流增大3.3倍,光电压增大5.3倍,进一步表明碳量子点的量子效应可以使体系激子的浓度增加,更有益于提高光电转换效率。(3)以D-山梨醇为碳源、乙二胺为氮源通过水热法一步合成发蓝色荧光的碳量子点。利用透射电子显微镜、红外光谱、紫外光谱和荧光光谱对该碳量子点的形貌结构、表面基团、光学性质等进行了表征,结果表明该碳量子点呈准球形,粒径约5nm左右,具有良好的水溶性和分散性,量子产率为8.85%。将其作为荧光探针应用于Fe~(3+)的识别,当铁离子浓度在0-400μM范围内,铁离子浓度与F/F0具有良好的线性关系(R2=0.994),检出限为1.16×10-8mol/L。通过MTT方法探究了该碳量子点对MCF-7细胞的毒性,获知该碳量子点在1mg/mL时细胞的存活率仍在85%以上;将其与MCF-7细胞共同培养后通过Delta-Vision超高分辨率显微镜表征了荧光成像情况,结果表明该碳量子点可以作为荧光标记物用于细胞成像。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O657.3

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【参考文献】
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