生物质碳量子点的绿色制备及对Cu^(2+)的检测

作     者：刘玉莹 汪溪远 梅傲雪 LIU Yu-ying;WANG Xi-yuan;MEI Ao-xue

作者机构：新疆大学生态与环境学院新疆乌鲁木齐830017 新疆大学干旱生态环境研究所新疆乌鲁木齐830017 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2023年第43卷第1期

页      面：248-253页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42067026) 新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2019D01C068)资助 

主　　题：碳量子点 荧光 秸秆废弃物 绿色合成 Cu^(2+) 

摘      要：向日葵作为我国主要的油料作物之一,其秸秆是天然的纤维素材料,具有绿色无毒,成本低廉的优势,是制备生物质碳量子点的理想材料之一。近年来,由于含铜农药和化学肥料的不规范使用,大量含铜污染物被排放导致农田土壤和水环境中的铜含量远高于环境背景值。因此,迫切需要开发出一种选择性好、灵敏性强且对环境友好的Cu^(2+)检测方法。碳量子点(CDs)是一种粒径小于10 nm的准球形荧光碳纳米材料,因其表面含有丰富的极性官能团,具有良好的水溶性而被广泛研究。与传统的半导体量子点(CdSe,CdTe)相比,CDs具有合成原料广泛、生物相容性好等优点。主要应用于生物成像、光催化、光电转化以及传感检测等领域。然而目前用于碳化合成CDs的前驱体大多为昂贵的化学品,且合成过程复杂污染环境,限制了CDs的大规模生产与应用。开发出一种生态友好,简单、廉价的CDs合成方法是很有意义的。本研究以废弃的向日葵秸秆为碳源,采用简便的水热法合成生物质碳量子点(S-CDs)作为荧光探针,用于检测识别Cu^(2+)。通过对S-CDs的一系列光学性质分析与表征,鉴定出其表面官能团主要包括O—H,N—H以及C N等,其中丰富的O—H可以提供胶体稳定性,有效地控制纳米颗粒的形态和粒径分布,从而提高S-CDs的量子产率(QYs)。ex=317 nm,em=456 nm,S-CDs在pH为2.0~12.0的范围内具有优异的光学性能和良好的光稳定性,受高盐度环境的影响较小,QYs约为8.42%,在365 nm的紫外分析仪照射下发射出蓝色荧光。此外,以合成的S-CDs作为荧光探针,进一步研究了基于Cu^(2+)诱导S-CDs的荧光猝灭效应。结果表明,制备的S-CDs在0~10μmol·L^(-1)浓度范围内对Cu^(2+)反应灵敏,呈良好的线性关系(R^(2)=0.9714),检出限(LOD)低至167 nmol·L^(-1)。在实际应用中,湖水中的Cu^(2+)检测回收率在96.18%~109.22%。该研究在资源化利用秸秆废弃物的基础上,介绍了一种基于荧光碳量子点的Cu^(2+)检测方法。