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《中国石油大学(华东)》 2017年
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沥青基石墨烯量子点的制备及其性能研究

李臣泽  
【摘要】:石墨烯量子点(GQDs)作为一种新型纳米材料,因其独特结构而具有优异的化学、光学和电学等性能,在荧光探针、生物成像和表面活性剂等方面具有潜在的应用前景。目前,如何低成本、大规模制备这些碳材料仍然面临着巨大的挑战。而脱油沥青(DOA)富含胶质和沥青质,具有丰富的类石墨烯的多环芳烃结构,通过简单的化学氧化,即可制备性能优良的石墨烯量子点。因此本文以DOA为碳源,制备了一系列新型沥青基石墨烯量子点,探讨了其荧光性能和表界面性能,研究了其在细胞成像、重金属检测和油水乳化性能方面的应用。以脱油沥青(DOA)为原料,以浓硝酸和浓硫酸为氧化剂,通过简单的化学氧化制备了羧酸型GQDs,并对其进行了表征分析。结果表明:通过温和氧化可以将DOA转化成GQDs,且相较于当前报道的GQDs,该羧酸型GQDs尺寸更小,并且具有一系列含氧官能团,如羰基、羟基、羧基和硝基等,羧酸型GQDs具有非常突出的荧光性能,在生物体能适应的pH(4~7)条件和较宽的激发波长范围下,具有稳定且高强度的绿色荧光性能,其荧光量子产率高达18%。以羧酸型GQDs为原料,分别以四乙烯五胺、正辛胺、正十二胺、正十八胺与其反应,合成了不同亲水亲油性能的酰胺型GQDs。结果表明:相较于羧酸型GQDs,酰胺型GQDs荧光强度大幅上升,且荧光强度会随反应时间和胺类用量增加而增大,其发射光峰位置发生蓝移,且供电子基团越多,蓝移越明显。将羧酸型GQDs的荧光光谱进行去卷积处理,结果显示所有的荧光光谱可以很好地分成两部分,表明其荧光光谱可能是由两类控制态共同作用而得。本文结果显示两类控制态较符合“本征态和边缘/表面态”的理论模型,本征态影响其紫外激发区荧光,而边缘/表面态决定其可见激发区荧光状态。对羧酸型GQDs进行了荧光探针成像试验。结果表明:在20到200μg mL~(–1)不同浓度的羧酸型GQDs被Hela细胞吞噬后,细胞成活率均高于90%。所制备的羧酸型GQDs能够很好的被细胞内吞,而呈现出绿色荧光,可以作为荧光探针应用于细胞成像。对水溶性酰胺型GQDs进行了重金属检测试验,其荧光强度与Hg~(2+)浓度进行线型拟合,得到I=-1093.4C+699051,R2=0.9588,检出Hg~(2+)离子限为100nmol/L。羧酸型GQDs和酰胺型GQDs均具有一定降低界面张力的能力,能够在油水界面起到界面稳定作用。其稳定机理可认为具有一定界面活性的石墨烯量子点铺展于油水界面,一方面降低界面能,另一方面作为纳米颗粒在界面形成致密的保护层,增强了界面强度。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ127.11;TB383.1

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