杂原子掺杂多色荧光碳点的制备和性质研究

作     者：于明波 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩冰雁

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：荧光碳点(CDs) 杂原子掺杂 多色荧光 pH传感 

摘      要：荧光碳点(CDs)是一种新型的荧光纳米材料,由于CDs的尺寸较小,一般小于10 nm,使得它具有特定的量子限域效应,而且具有良好的荧光性质和生物相容性,克服了传统量子点高毒性的缺点。因此,荧光CDs在生物成像、化学传感、光催化等相关领域具有很大的应用潜力。在CDs的制备过程中,通过掺杂杂原子来改进CDs的光学性质被证明是一种有效的方式。本论文主要研究通过掺杂非金属元素制备不同发射波长的CDs,并改善荧光性质。具体工作如下:1利用商业炭黑作为碳源,采用物理提取的方式得到氧掺杂蓝色荧光CDs(O-CDs)。O-CDs的荧光发射波长表现出激发依赖的性质,最大发射波长400 nm,通过透射电子显微镜(TEM)对提取的O-CDs进行表征,结果表明其平均粒径为2.39 nm。红外光谱(FT-IR)和X-射线光电子能谱分析(XPS)结果显示,O-CDs表面几乎没有亲水基团,主要是碳和氧两种元素。2使用间苯二胺和巯基丁二酸作为前驱体,水热法合成高荧光量子产率(QY)的氮硫掺杂绿色荧光CDs(N,S-CDs),QY高达66.84%。由于N,S-CDs对溶液pH有很好的响应,故将N,S-CDs应用于pH传感。TEM结果显示N,S-CDs为球形或者类球形的结构,分散均匀,平均尺寸为2.44 nm,通过FT-IR和XPS分析,证明N,S元素被成功的掺杂到CDs中,N,S-CDs表面还有游离的氨基和巯基。作为pH开关,N,S-CDs酸性条件下荧光增强,碱性条件下减弱,可以重复使用。3在上一个工作的基础上,只采用邻苯二胺作为前驱体来提供氮源,通过固相反应合成氮掺杂红色荧光CDs(N-CDs),N-CDs的发射波长具有激发不依赖的性质,同时最大激发波长为537 nm,最大发射波长为597 nm,由于N-CDs的最大激发波长在可见光范围内,固N-CDs可用可见光源激发,我们成功用手机的手电筒对N-CDs进行激发,同样得到了明亮的红色荧光。TEM结果显示N-CDs具有很好的分散性,平均尺寸为2.59nm,通过FT-IR和XPS分析,证明N元素被成功的掺杂到CDs中,并且氧含量很少。