离子液体功能化荧光碳纳米材料的一步电化学法制备及阴离子检测研究

作     者：钱玉婷 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘吉洋

授予年度：2017年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：荧光碳纳米材料 离子液体 电化学法 阴离子检测 

摘      要：荧光碳纳米材料,作为一类新型的荧光碳材料,原材料广泛,制备方法简单,可修饰性强,同时具有优异的光学、电学性质、催化性能以及低毒性,被广泛应用于离子检测、生物成像、能量转换、催化等领域。作为传统荧光探针的可替代者,荧光碳纳米材料具有其独特的优势。例如,相比于有机荧光染料,荧光碳纳米材料具有更好的光学稳定性,而与半导体荧光量子点相比,荧光碳纳米材料具有较低的毒性和强的化学修饰性。低维荧光碳纳米材料,如碳点、石墨烯量子点,在金属离子检测方面已被广泛研究,但是单纯荧光碳纳米材料与无机阴离子并无明显的荧光响应,不能直接应用于阴离子检测。通过对荧光碳纳米材料的化学修饰,实现其在阴离子的直接检测中的应用具有重要的研究价值。基于此,本论文研究了以石墨棒为碳源,以离子液体作为化学修饰剂与支持电解质,通过改变离子液体的种类,一步电化学方法制备了三种不同的离子液体-碳纳米材料荧光复合物,并分别探究了其作为荧光探针直接检测阴离子的性能。具体如下:(1)以廉价石墨棒为碳源,以非水溶性离子液体1-丁基-3-甲基-咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF)与水的非均相混合溶液作为支持电解质溶液,通过电化学剥离的方法一步合成了尺寸均一、荧光强度高的离子液体-碳纳米带([BMIM]PF-CNRs)荧光复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行表征,发现其呈现带状结构,而且具有很好的结晶性。合成的碳纳米带在紫外灯(365 nm)的照射下发出蓝色荧光,量子产率为18.3%。该材料在酸性条件下具有较高的荧光强度和光稳定性。我们考察了该复合材料与不同阴离子的相互作用情况。研究发现,该复合材料的荧光可以选择性被S显著淬灭,可根据S引起的荧光探针荧光强度的变化实现对S的检测。研究结果显示,S浓度在0.100.0μM浓度范围内与荧光探针的荧光强度淬灭百分比呈线性关系,并且S检测限计算结果为85 n M(S/N=3),因而可实现对硫离子的快速灵敏检测。(2)以低成本石墨棒为碳源,以水溶性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF)与水的均相混合溶液为支持电解质溶液,通过电化学剥离的方法一步合成了尺寸均一、荧光强度高、晶型结构良好的离子液体-碳点([BMIM]BF-CDs)荧光复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(FL)等手段对合成的碳点进行了表征。结果表明,合成的碳点具有蓝色荧光,量子产率为16.1%,而且对紫外光具有很好的抗漂白能力。研究发现,该碳点对Fe(CN)具有很好的荧光响应,Fe(CN)可以使其荧光发生淬灭,因此可以选择性检测Fe(CN)。同时考察了碳点与Fe(CN)作用的最佳p H条件以及反应动力学,并建立了定量检测Fe(CN)的方法,测得Fe(CN)的线性范围为1.040.0μM,检测限为30 n M(S/N=3)。(3)以廉价石墨棒为碳源,以水溶性的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([BMIM]Br)与水的均相混合溶液为支持电解质溶液,通过电化学剥离方法一步合成了离子液体-碳纳米颗粒([BMIM]Br-CNPs)荧光复合材料。合成的碳纳米颗粒发射出蓝色荧光,荧光量子产率为16.9%,而且具有较好的耐光漂白性。考察了不同p H对碳点荧光强度的影响,发现在p H为4时,碳点的荧光强度最大。而且,CrO能选择性淬灭碳纳米颗粒的荧光,因此该荧光探针可用于CrO检测。结果表明,测定CrO的线性范围为5.000.0μM,检测限为66 n M(S/N=3)。将合成的荧光碳纳米颗粒用于实际水样中CrO的检测,回收率在93.0506.3%之间,标准偏差(RSD)小于4%,表明新型荧光探针在实际样品中对CrO的检测有着较高的准确度。