荧光碳纳米材料的制备及性能研究

作     者：吴卫娜 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李春亮

授予年度：2016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 水热法 荧光效率 凝胶玻璃 

摘      要：荧光性碳纳米材料(碳点)是继传统的半导体量子点之后,研究的比较热门的一种新型碳纳米材料。和传统的半导体量子点相比较,荧光碳点拥有资源广、无毒、稳定性好且易功能化、生物相容性好等众多优点。虽然制备荧光碳点的工艺日渐成熟,但对于荧光碳点的发光机理以及官能团在荧光碳点合成中的影响还没有一个明确的认识。本研究使用不同表面修饰剂对碳点进行修饰,通过水热法制备了不同形貌、荧光效率较好的两种荧光碳点,并对荧光碳点的合成过程及荧光机理进行初步解释,为碳点在实际应用过程中提供依据。具体研究内容如下:(1)氨基化碳点的合成通过使用不同的表面修饰剂对碳点进行修饰,探索表面修饰剂对碳点合成的影响。通过不断优化实验中的各个条件,最后获得了不同尺寸大小的氨基化碳点。研究发现被修饰后的碳点由于表面存在的大量缺陷得以补充,电子空穴能够顺利复合而发射荧光,其荧光发射为表面态和碳核本身共同提供。(2)巯基化碳点的合成通过引入巯基丙酸分子,研究发现巯基丙酸的加入更有利于碳核的合成,且有利于提高荧光碳点的发光效率。通过不断优化实验中的各个条件,确定了最佳制备条件,获得了荧光效率高,粒径比较大的荧光碳点,其粒径可以达到20nm左右,发光效率高达80%。(3)碳点凝胶玻璃的制备利用凝胶溶胶法,通过使用不同种类的硅烷偶联剂,不断优化实验过程中的反应条件,制备了具有良好通透性能的、荧光效率高的含蓝光碳点的凝胶玻璃,为荧光碳点在光电器件上的应用研究提供了基础。(4)溶液中荧光效率的研究在用硫酸奎宁测量碳点的荧光效率过程中,因硫酸奎宁的光学特性优于其它标准液,可以作为一种恒定的标准溶液来评估荧光材料的荧光效率。通过对测量发光效率公式的深入研究和不同标准溶液的测量,研究出了一种新的计算发光效率的方法。