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新路线合成碳纳米点材料及其应用

Faisal Nawaz  
【摘要】:众所周知,量子点是相对较新的碳纳米结构。量子点在很多方面表现出了一定优势,例如高光致发光和水分散性。此外,因为这些量子点具有价格低廉,生物相容性的特点,所以他们是半导体量子点的潜在替代品,尤其后者应用在细胞成像和其它一些生物用处。量子点大多和其它应用一起在细胞成像中作为程序感应器和催化剂。但更重要的是合成量子点是一个漫长而乏味的过程,需要表面钝化剂引入发光。所以,在这里我们特意通过简单和绿色的路线制备了量子点。然后,将这些量子点进行了不同的应用。 在第2章中,我们通过绿色合成路线从维生素(抗坏血酸)和氨基酸(L-赖氨酸)设计合成了高度发光的碳量子点。无表面活性剂合成的量子点表现出了良好的发光性能。量子点的大小为8-10纳米,合成温度在140°C,这比赖氨酸和抗坏血酸的分解温度低。制备的量子点具有高水分散性。可以得出的结论是,在这些量子点表面,羧酸酯基团是本体,使这些材料高度分散于水和在生物成像应用的一个很好的候选从表征。从光致发光光谱中,它是在360nm激发时,最大的发射光谱为440nm,坐落在蓝色区域。通过改变激发波长发射光谱,也将在480nm激发,位于黄绿色区域。 在第3章中,我们设计并合成了介孔氧化硅负载的碳量子点。未煅烧的有序介孔二氧化硅在水热条件下用抗坏血酸处理,从不同的实验中观察到,以抗坏血酸作为碳化剂来还原合适的探源到碳量子点。水热条件下,抗坏血酸还原介孔氧化硅中未焙烧的表面活性剂形成碳量子点。水热处理后的样品在紫外灯下发光明显。TEM能直接观察到量子点的存在。使用这种方法可以在不同比表面积的介孔氧化硅上合成碳量子点。这种情况下,介孔硅的比表面积可以通过调节抗坏血酸的量和处理时间来控制。上述合成的碳量子点可以作为光催化剂来催化降解亚甲基蓝,并表现出很好的活性。通过紫外可见光谱可以检测到亚甲基蓝被完全降解。总有机碳量分析表面,碳量子点活性很高,超过50%的有机碳最终被降解成为二氧化碳。 在第4章中,我们设计并合成了含有大量的氮的碳量子点并他们作为传感器。碳量子点用三聚氰胺和抗坏血酸合成。这些量子点都发光的,但与常规不同的是,这些碳量子点的溶液是深褐色的。其原因是氮的量很高而碳的含量相对比较低。这些发光的碳量子点被用来作为锌离子的传感器。随着锌离子的加入,量子点发光的逐步增加,直到某一定量的锌。当锌离子被EDTA捕获后,碳量子点恢复到最初的发光水平。这些碳量子点已经被用于锌离子的发光生物传感器。


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