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一种水溶液中裸眼识别HSO_(3)^(-)/SO_(3)^(2-)的长波长荧光探针及其应用

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有机化学 2021年第6期41卷 2417-2423页

作者：王超王鑫钟克利侯淑华燕小梅边延江汤立军渤海大学化学与材料工程学院辽宁锦州121013 大连医科大学检验医学院辽宁大连116044

合成了一种(E)-2-(3-氰基-4-(3-甲酰基-4-羟基苯乙烯基)-5,5-二甲基呋喃-2(5H)-亚烷基)丙二腈衍生物CDM, ^(1)H NMR、^(13)C NMR和HRMS验证了其结构. CDM在MeCN/Tris (V∶V=2∶8, pH=7.4)溶液中通过荧光信号"ON-OFF"识别HSO_(3)^(-)/SO_(3)^(2-),颜色由粉色变为无色.探针CDM具有良好的抗干扰能力和较快的响应速度(200s),pH适用范围为7~14,荧光光谱和紫外吸收光谱的检测限分别为6.07和1.59μmol/L.实验研究表明,CDM能检测真实水样和糖样中的HSO_(3)^(-)/SO_(3)^(2-),并能够对活细胞中的HSO_(3)^(-)/SO_(3)^(2-)进行荧光成像.

关键词：荧光探针 HSO_(3)^(-)/SO_(3)^(2-) 长波长裸眼识别细胞成像

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InP基长波长晶体管激光器(特邀)

光子学报 2020年第11期49卷 116-125页

作者：梁松中国科学院半导体研究所半导体材料重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 北京低维材料与器件重点实验室北京100083

晶体管激光器同时具有激光器的光发射功能与晶体管的电流控制功能,表现出多种新颖的光电特性.相对于短波长GaAs基器件,InP基长波长晶体管激光器更适合于光纤通信系统应用因而具有重要研究价值.本文主要介绍发光波长在1.3μm与1.5μm的In... 详细信息

晶体管激光器同时具有激光器的光发射功能与晶体管的电流控制功能,表现出多种新颖的光电特性.相对于短波长GaAs基器件,InP基长波长晶体管激光器更适合于光纤通信系统应用因而具有重要研究价值.本文主要介绍发光波长在1.3μm与1.5μm的InP基长波长晶体管激光器的研究进展,对不同结构器件的特点及可用于提高器件性能的相关器件设计进行了分析和讨论.根据器件波导结构的不同目前已报道的边发射晶体管激光器主要包括浅脊、掩埋及深脊结构三种类型.浅脊晶体管激光器中有源量子阱材料被置于重掺杂基区材料之中,使得InP基晶体管激光器只能在低温工作.掩埋结构的InP基晶体管激光器采用npnp型InP电流阻挡层掩埋脊条型有源材料,制作工艺过于复杂,不利于降低器件成本.深脊晶体管激光器中量子阱有源区材料位于重掺杂基区材料之上,可同时减小掺杂杂质扩散及基区材料光吸收的不利影响,基于该结构实现了InP基1.5μm波段晶体管激光器室温连续电流工作.数值计算研究表明,在深脊晶体管激光器量子阱中进行n型掺杂及在其发射极波导中引入由反向pn结构成的电流限制通道均可以减少载流子向缺陷的扩散,进而减小缺陷的不利影响,提高器件性能.

关键词：光电子学光电子集成半导体激光器 InP 长波长

长波长荧光碳点的设计合成及其溶酶体成像应用

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长波长荧光碳点的设计合成及其溶酶体成像应用

作者：秦皓月郑州大学

学位级别：硕士

碳点是近年来兴起的一类新型碳荧光纳米材料,具有低毒性、光稳定性和可调发光等优异性能,被认为是最适于生物成像的荧光探针之一。然而,目前所报道的碳点大多在蓝至绿光区域内显示出强发射,不仅会有强烈的自发荧光,而且会对组织和细胞... 详细信息

碳点是近年来兴起的一类新型碳荧光纳米材料,具有低毒性、光稳定性和可调发光等优异性能,被认为是最适于生物成像的荧光探针之一。然而,目前所报道的碳点大多在蓝至绿光区域内显示出强发射,不仅会有强烈的自发荧光,而且会对组织和细胞造成辐射损害。构建长波长发射的荧光碳点是生物成像应用中急需解决的问题。溶酶体是细胞内主要的消化场所,其微环境以及活性分子的监测,对于理解溶酶体的生物功能以及相关疾病诊断与治疗具有重要意义。苯二胺自身容易聚合,是合成碳点的最常用碳源前体之一。结合上述问题,本研究以构建长波长溶酶体靶向碳点为目标,以改变碳源前体供电子能力为策略,设计以不同邻苯二胺衍生物为碳源前体,制备了三种不同发射波长的新型荧光碳点,详细研究了它们的溶酶体靶向性能和生物成像性能,所获结果对于长波长溶酶体靶向碳点的设计合成以及溶酶体临床监测提供了重要的参考和依据,具体内容如下:1.基于N-甲基邻苯二胺的黄色荧光碳点的制备及溶酶体快速免洗成像研究以增强邻苯二胺N原子供电子能力为设计策略,创新性地以N-甲基邻苯二胺盐酸盐为碳源,制备了相对于邻苯二胺为碳源的碳点红移15 nm的黄色荧光碳点(Me-CDs)。所制备的碳点表面富含氨基,具有优异的抗光漂白性、生物相容性和细胞渗透性,主要通过网格蛋白介导的内吞作用,迅速富集于溶酶体中(20 s内);并且具有极性溶剂中荧光猝灭的溶剂化效应,从而实现弱极性细胞环境中的免洗成像。基于其优异的性能,该碳点被成功用于细胞凋亡监测和斑马鱼成像研究。2.基于N-苯基邻苯二胺的橙色荧光碳点的制备及其溶酶体极性监测为了验证增强碳源供电子能力可实现碳点波长红移的策略,我们以供电子能力更强的N-苯基邻苯二胺为碳源,成功制备了发射波长为595 nm的橙色荧光碳点(Ph-CDs)。通过各种现代分析手段,对碳点的结构组成、光谱性质、细胞成像性能以及入胞途径进行了详细研究。结果表明,该橙色碳点同样具有优异的抗光漂白性、细胞渗透性、溶酶体靶向性以及快速免洗成像性能;而且更具极性敏感性,被成功用于细胞极性监测和斑马鱼成像研究。3.基于N-苯基对苯二胺的红色荧光碳点的制备及其溶酶体极性精准识别为进一步证明上述设计策略具有广泛的适用性,并期望制备出更长波长的碳点,我们以N-苯基对苯二胺为碳源进行碳点的制备和性能研究,成功制备了相对于对苯二胺碳点波长红移25 nm、发射波长为620 nm、Stokes位移为100 nm的红色荧光碳点(PPh-CDs)。该碳点除了与上述两类碳点同样的性能外,还具有对极性精准识别的性能,在生理条件下,碳点的荧光强度与0.230-0.300((35)f值)极性范围内呈线性关系,被成功用于细胞内极性的精准检测。

关键词：荧光碳点邻苯二胺苯二胺长波长溶酶体成像

长波长荧光碳点的制备及其在离子检测和光催化中的应用

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长波长荧光碳点的制备及其在离子检测和光催化中的应用

作者：王彬北京工业大学

学位级别：硕士

荧光碳点于2004年首次发现,其以优异的光学及物理化学性能受到人们的广泛关注。碳点具有光致发光的特性。与传统量子点相比,碳点具有毒性低、表面富含官能团及制备简单等特点。碳点所拥有的这些特性使其在多个领域具有巨大的发展前景。... 详细信息

荧光碳点于2004年首次发现,其以优异的光学及物理化学性能受到人们的广泛关注。碳点具有光致发光的特性。与传统量子点相比,碳点具有毒性低、表面富含官能团及制备简单等特点。碳点所拥有的这些特性使其在多个领域具有巨大的发展前景。目前,制备的碳点以短波长碳点为主,而这类碳点一般需要紫外光激发,这在应用于生物领域时会产生蓝色的背景荧光,对成像信号造成干扰。除此之外,短波长碳点光吸收范围较窄,不利于作为光敏剂应用于光催化领域。长波长碳点在可见光区激发,发射波长较长,具有强的组织穿透性及宽的光谱吸收范围,可以很好的解决这些问题。长波长碳点也存在一些问题,如合成长波长碳点的方法及种类较少,合成复杂等。这些问题的存在限制了长波长碳点的应用。因此,迫切需要开发出更多制备长波长碳点的方法来解决当前长波长碳点在应用领域存在的问题。本文主要围绕长波长碳点的制备及其在传感检测和光催化领域的应用进行深入的探讨。主要内容如下:第一章,首先介绍了碳纳米家族的几种材料,然后重点介绍了碳点的合成方法及性能,又对目前碳点存在的发光机理:量子限域效应、表面态和碳核态发光及分子态发光机理进行了介绍。之后,阐述了荧光碳点在各个领域的应用,重点阐述了其在传感检测和光催化领域的应用。最后,针对碳点存在的一些问题,提出了本文的研究思路。第二章,主要介绍制备出了一种长波长的橙光碳点,其最大激发波长为570纳米,最大发射波长为585纳米。实验证明这种碳点可以对三价铁离子进行选择性检测,而其它十几种金属离子对橙光碳点的荧光淬灭效果不明显。基于此,我们可以将橙光碳点作为检测三价铁离子的探针。三价铁离子的浓度在0-6μM范围内时,与橙光碳点的荧光强度呈线性关系,其相关系数R为0.98,检测限为0.169μM。我们系统的研究了这种荧光碳点与三价铁离子之间的关系,从而使这种荧光碳点可以应用于金属离子的鉴别与检测。第三章,主要介绍了红光碳点的制备及在光催化领域的应用。利用红光碳点(R-CDs)具有较宽光吸收范围的特性,将其作为g-CN稳定的增感剂。在g-CN表面加载红碳点(R-CDs)弥补了g-CN在460 nm后光吸收性能的不足的缺点,从而提高复合催化制光催化性能。通过改变合成碳点原料的浓度,研究了不同含量的R-CDs对g-CN产氢性能的影响。实验结果证明R-CDs/g-CN复合材料最优样品CC-50:216的产氢效率为7.74μmol·g·h,是纯g-CN产氢效率的2.1倍。当样品负载上1%Pt之后,复合催化剂1%Pt CC-50:216产氢效率为1870μmol·g·h,是1%Pt g-CN的3.2倍。通过荧光光谱和电化学测试研究了复合催化剂的产氢机理,根据实验结果提出了在产氢过程中两种电子转移路径。这为今后长波长碳点在产氢领域的研究提供了一定的借鉴意义。第四章,通过对以上工作进行了总结,提供了两种制备长波长荧光碳点的方法,并根据其各自的特点分别将其应用于传感检测领域及光催化领域。尽管在长波长碳点的制备及在传感检测和光催化领域的应用中做了一些贡献,但是长波长碳点的制备还存在许多问题需要解决。后续工作还需要继续对这些问题进行研究,从而加深对碳点的理解,使其可以更好的应用于各个领域。

关键词：碳点长波长离子检测光敏剂光催化产氢

水滑石基材料在长波长光催化CO2还原中的应用

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物理化学学报 2020年第9期36卷 8-9页

作者：吴骊珠中国科学院理化技术研究所北京100190

化石燃料的不断消耗和温室气体CO2的持续排放使温室效应和能源危机日益严峻。受自然界植物的光合作用的启发,光催化CO2还原受到人们广泛关注,将大气中的CO2还原成为高附加值碳氢化合物,成为有效缓解温室效应和能源危机的有效方式1。然而... 详细信息

化石燃料的不断消耗和温室气体CO2的持续排放使温室效应和能源危机日益严峻。受自然界植物的光合作用的启发,光催化CO2还原受到人们广泛关注,将大气中的CO2还原成为高附加值碳氢化合物,成为有效缓解温室效应和能源危机的有效方式1。然而,一方面由于CO2分子中C=O具有较大的键能(750 kJ·mol-1),使其难以活化;另一方面,以水为还原剂的体系中.

关键词： CO2还原能源危机水滑石温室效应化石燃料碳氢化合物长波长

基于无水肌酸的长波长荧光碳点的制备及性能研究

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基于无水肌酸的长波长荧光碳点的制备及性能研究

作者：王凯斌郑州大学

学位级别：硕士

碳点(CDs)作为光致发光(PL)材料领域的一颗新星,自2004年首次观测以来引起了极大的关注,碳点相比于传统量子点有众多的优点,如可调控发射、高光稳定性、易于由廉价原料制备和可表面改性。这些优点激发了CDs在生物成像、离子传感、药物... 详细信息

碳点(CDs)作为光致发光(PL)材料领域的一颗新星,自2004年首次观测以来引起了极大的关注,碳点相比于传统量子点有众多的优点,如可调控发射、高光稳定性、易于由廉价原料制备和可表面改性。这些优点激发了CDs在生物成像、离子传感、药物递送、癌症治疗等方面的巨大应用潜力,特别是在生物医学领域。然而,大多数制备的CDs在紫外线(UV)照射下,仅在蓝-绿光区表现出强烈的发射。众所周知,生物组织在紫外光的激发下会出现强烈的蓝色自发荧光。这可能会阻碍CDs的信号。此外,紫外光照射对组织和细胞有害,这些缺点极大地限制了碳点在生物医学领域的应用。相比之下,通过调整前驱体和制备策略获得的可被长波长光激发的红色发光CDs因其良好的组织穿透力而在生物医学领域显示出巨大的潜力。当然这类长波碳点也存在一些问题,如合成长波碳点的方法和类型单一,合成策略复杂等。这些缺陷限制了长波长碳点的实际应用。因此,迫切需要开发更多制备长波碳点的方法来拓宽其应用领域。基于上述背景的基础上,本文围绕长波长碳点的可控制备及其在传感检测和环境监测领域的应用进行深入的探讨。主要内容如下:首先以碳纳米材料的分类为切入点,从碳点的合成方法及性能层面系统分析了碳点相对于传统量子点的优势所在,之后,就其结构入手,阐述了不同结构下碳点所具有的表面态、光学性质及细胞毒性。随后又对碳点的形成机制和荧光团的发射机理进展进行总结。最后,针对碳点存在的一些问题,提出了本文的研究思路。在接下来的工作中我们通过优化碳点的制备工艺利用水热法合成了激发独立的橙光碳点,其最佳发射峰为578 nm。随后我们系统地研究了荧光碳点与铁离子的关系,通过进一步的研究得知,其荧光可以选择性地被铁离子猝灭。基于此,我们构建了铁离子荧光探针。当铁离子浓度在0～50μM范围内时,它与橙色碳点的荧光强度呈线性关系。相关系数R为0.99,检测限为1.16μM。在上述工作的基础上,我们接下来通过改变碳源制备了pH依赖的红蓝双发射比率荧光碳点(R-CDs)。R-CDs具有固有的pH敏感响应行为,随着pH值的变化其荧光强度呈现出比率荧光发射(F/F)的特征。通过对R-CDs pH响应机制的深入研究,认为R-CDs固有的pH敏感响应行为来源于其在pH不同介质中的质子化和去质子化过程。随后我们构建了基于R-CDs的pH变化可视化的生物传感器平台,用于灵敏跟踪pH的变化。该传感器的比值检测和可视化特性比传统的单一荧光检测具有更多的优势,为其在生物医学中的潜在应用提供了理论依据。

关键词：碳点长波长 Fe3+检测 pH 比率荧光

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长波长垂直腔面发射激光器研究

电子世界 2021年第2期 89-91页

作者：付登源王栎皓赵俊元赵松庆吴根水陈海燕朱银芳杨晋玲中国科学院半导体研究所中国科学院大学材料科学与光电工程中心传感器技术国家重点实验室中国空空导弹研究院航空制导武器航空科技重点实验室

近年来,垂直腔面发射激光器(VCSEL)由于其较低的阈值电流和垂直衬底表面出光的特性受到研究人员的广泛关注。长波长VCSEL在光通信和光互联领域具有巨大的潜在研究意义,本文从应用、发展现状、存在的技术问题、解决方法等方面采用有限元... 详细信息

近年来,垂直腔面发射激光器(VCSEL)由于其较低的阈值电流和垂直衬底表面出光的特性受到研究人员的广泛关注。长波长VCSEL在光通信和光互联领域具有巨大的潜在研究意义,本文从应用、发展现状、存在的技术问题、解决方法等方面采用有限元仿真对长波长VCSEL进行了分析,并进行了展望。

关键词：垂直腔面发射激光器阈值电流光通信 VCSEL 光互联长波长有限元仿真

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InP基长波长晶体管激光器（特邀）

光子学报 2020年第11期49卷 120-129页

作者：梁松中国科学院半导体研究所半导体材料重点实验室中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京低维材料与器件重点实验室

关键词：光电子学光电子集成半导体激光器 InP 长波长

水相中长波长CdTe量子点的制备及其荧光性能

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中南大学学报（自然科学版） 2011年第11期42卷 3277-3283页

作者：夏姣云徐万邦长沙理工大学化学与生物工程学院电力与交通材料保护湖南省重点实验室湖南长沙410004

分别用谷胱甘肽(GSH)和巯基乙酸(TGA)为稳定剂,在水相中制备长波长荧光发射峰CdTe QDs。并用透射电子显微镜、X线粉末衍射和荧光光谱技术对其进行表征,研究不同水相合成条件对CdTe QDs荧光性能的影响。研究结果表明:以GHS为稳定剂制备... 详细信息

分别用谷胱甘肽(GSH)和巯基乙酸(TGA)为稳定剂,在水相中制备长波长荧光发射峰CdTe QDs。并用透射电子显微镜、X线粉末衍射和荧光光谱技术对其进行表征,研究不同水相合成条件对CdTe QDs荧光性能的影响。研究结果表明:以GHS为稳定剂制备得到的CdTe QDs为立方晶系纤锌矿结构,平均粒径约为5 nm,分散性良好。在2 h内能获得光发射峰为530～650 nm之间的任意波长量子点,具有明显的量子尺寸效应和较强的荧光强度;以TGA为稳定剂制备的CdTe QDs,平均粒径在10 nm以下,其中在水热条件下制备的CdTe QDs分散性较差,但能加快量子点的生长速率和荧光半峰宽的窄化。而在加热回流(分别为空气和氮气)条件下制备的CdTe QDs,分散性较好。相对于氮气保护氛围下的合成,通过氧气参与作用,也能加快CdTe QDs的生长。

关键词： CdTe 量子点荧光长波长