基于碳量子点的荧光复合材料的构筑与性能研究

作     者：缪夕蕊 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨旭东

授予年度：2024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] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

主      题：碳量子点 纳米复合材料 荧光传感 荧光复合薄膜 离子检测 

摘      要：随着经济现代化和全球化的快速发展,人类物质文明和精神享受得到提高的同时也给生态环境造成了巨大的压力,环境保护依然面临着诸多问题与挑战。工业采矿、废气废水排放等造成不少重金属如汞、铬、铅等进入水、土壤和大气中,不仅严重影响生态环境,甚至给人类身体健康带来致命的危害。为了优化生态环境,需研发一种绿色安全的技术手段,以便准确高效地检测生态系统中的重金属离子。碳量子点(CQDs)作为新一代最有前途的碳纳米材料之一,有着优异的光致发光性能和良好的生物相容性等特点,在重金属离子检测中获得了广泛的研究兴趣。基于CQDs的荧光复合材料更是弥补了单组分CQDs在应用上的局限性,提高了复合材料的化学性能,使其在环境、生物和医学等领域具有有效的应用价值。本文主要围绕基于CQDs的荧光复合材料的制备及其性能分析展开以下研究: (1)通过水热法将CQDs嵌入介孔二氧化硅纳米微球(MSNs)中,形成具有聚集诱导发射增强(AIEE)的碳量子点/介孔二氧化硅荧光复合材料(CQDs/MSNs)。利用TEM、SEM、FT-IR、XRD和荧光技术对CQDs/MSNs荧光复合材料进行了表征分析,表明所得的CQDs/MSNs荧光复合材料具有光致发光强度比原CQDs高2.58倍的黄色荧光发射,且具有高稳定性和高灵敏性,可实现对水体中Hg(Ⅱ)的特异性检测,检测限低至0.89μM。结合UV-Vis分析Hg(Ⅱ)对CQDs/MSNs荧光复合材料的淬灭机制可能为静态淬灭效应。此外,该复合材料表现出良好的生物相容性,可作为有效的荧光探针检测细胞内的Hg(Ⅱ)。这些特性为CQDs/MSNs荧光复合材料在细胞成像和生物检测等领域提供了长远的实际应用价值。 (2)以无水对氨基苯磺酸和邻苯二胺为原料,通过一步水热法成功制备了具有橙黄色荧光发射的CQDs,其最佳激发波长为390 nm,最佳发射波长为571 nm。研究表明,制备的CQDs具有优异的光致发光特性,对Cr(Ⅵ)具有高选择性和高灵敏性,检测限低至0.34μM。随着Cr(Ⅵ)浓度的不断升高,CQDs的荧光强度逐渐降低直至淬灭。通过UV-Vis和Zeta电位分析Cr(Ⅵ)对CQDs的淬灭机理,表明Cr(Ⅵ)与CQDs表面官能团反应产生静电吸附作用形成了稳定的络合物,从而促使CQDs荧光淬灭。基于此,开发了一种CQDs荧光试纸,可实现对水体中Cr(Ⅵ)的实时检测。为了增强CQDs的可视化和便捷性检测,合成了碳量子点/聚乙烯醇荧光复合薄膜(CQDs/PVA),该复合薄膜可作为荧光传感材料实现对Cr(Ⅵ)的快速有效检测,未来在化学分析和防伪安全等领域研究中具有巨大潜力。