论文总字数：17847字

摘 要

荧光碳量子点由于其低毒性、荧光性质和良好的生物相容性而受到广泛关注。本文以柠檬酸和乙二胺为前驱体，通过一步水热法制备蓝色荧光碳量子点，并研究了在不同温度、不同原料配比下的荧光强度和量子产率。通过傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、紫外吸收（UV-Vis）、透射电镜（TEM）、荧光光谱仪等，对制备的碳量子点的光学性质和结构进行表征。而且考察了浓度、pH和不同金属离子对荧光强度的影响，实验结果表明该碳量子点在离子检测领域具有潜在应用。

关键词：水热法 碳量子点 荧光 离子检测

Hydrothermal fabrication of fluorescent carbon dots and application in detection of ions

Abstract

Fluorescent carbon dots (CDs) have drawn widespread attention owing to low toxicity, fluorescence, and excellent biocompatibility. In this work, citric acid and ethylenediamine were used as the starting materials, through one step hydrothermal process to yield bright blue-emitting CDs. The influence of different temperature and raw material ratio were investigated on fluorescence intensity and quantum yield. FT-IR, UV-Vis, TEM and fluorescence spectrophotometer were employed to investigate the structure and optical property of the CDs. Moreover, the effect of concentration, pH and different metal ions on the fluorescence intensity were studied. The results suggest that the CDs have potential applications in the field of ion detection.

Key words: hydrothermal; carbon dots; fluorescence; ions detection

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2碳量子点的研究进展 1

1.3荧光碳量子点的制备 1

1.3.1电弧放电法 2

1.3.2 激光烧蚀法 2

1.3.3 电化学法 3

1.3.4 微波合成法 3

1.3.5 化学氧化法 4

1.3.6 水热法 4

1.4碳量子点的应用 4

1.4.1 生物标记 4

1.4.2光催化 5

1.4.3 离子检测 5

1.4.4有机光伏 6

1.4.5有机发光二极管 6

1.5碳量子点研究领域本论文研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1实验原料 7

2.2主要仪器与设备 7

2.3荧光碳量子点的制备 7

2.4 不同温度和配比制备的碳量子点 8

2.4.1 不同配比 8

2.4.2不同温度 8

2.5离子检测 8

2.6 表征手段 9

第三章 结果与讨论 10

3.1荧光碳量子点的形成机理 10

3.2制备碳量子点的条件优化 10

3.3碳量子点的形貌分析 12

3.4碳量子点的结构分析 12

3.5碳量子点的光学性质 13

3.5.1荧光碳量子点的紫外及荧光分析 13

3.5.2碳量子点的荧光寿命 14

3.5.3碳量子点在不同浓度下的荧光性质 15

3.5.4碳量子点在不同pH下的荧光性质 15

3.6碳量子点在离子检测中的应用 15

第四章 结论 17

参考文献 18

致谢 21

1. 文献综述

1.1引言

新材料的发展及应用极大地推动了人类社会的文明与进步。作为碳纳米材料中的新星，碳量子点自2004年首次被发现以来，逐渐受到越来越多科研工作者的关注。由于其优良的光学特性、低的毒性、良好的生物相容性、高的稳定性以及简易的表面调控性，使其在生物成像、离子探针、荧光墨水、表面增强拉曼散射等众多领域获得了应用。

1.2碳量子点的研究进展

碳量子点(carbon dots)是最近十多年发现的一种新型荧光量子点，作为碳家族的新成员引发了人们广泛的研究兴趣^[1,2]。2004年，Xu等人^[3]在用电弧放电法纯化单壁碳纳米管时发现了一种具有优异荧光性能碳纳米材料，即之后被定义为碳量子点的一类发光物质，可惜的是他们没有进一步的机理阐述和后续研究。与传统的半导体量子点相比，这样的碳量子点主要成分为C，H，O和N等元素，不含任何重金属元素，因此表现出优异的生物相容性和环境友好性。另外，碳量子点具有非常稳定的荧光性能，激发波长相关性以及易于表面功能化等优点，因而在近几年来得到长足的发展。目前，很多课题组都进行有关碳量子点的研究，主要集中于三方面的内容：探索光物理行为的产生机制、寻求简便有效的合成方法以及开发新型的应用。

1.3荧光碳量子点的制备

荧光纳米粒子(荧光量子点)是一类介于体相材料与分子之间的物质，本身具有显著的尺寸效应、表面效应和量子限域效应，展现出与常规的块状晶不同的新奇特性，如特殊的光、电、磁、催化、力学及热力学等性能。荧光碳点（CDs）的产生为制备新型量子点（QDs）提供了新途径，其具有独特的荧光性质、光稳定性、低毒性、耐化学性和电子转移性质^[4]。

碳量子点的制备方法分为三大类：自上而下法、自下而上法和其他方法。自上而下法主要是将碳量子点从更大的碳结构(如石墨烯、纳米碳管等)上剥离下来的过程，自下而上法主要是将原料通过氧化、碳化等手段生成含碳前驱体，再经过分离等后处理形成良好的碳量子点。其他方法则是自上而下法和自下而上法相综合或者两者之外的方法。碳量子点的制备原材料广泛，方法多种多样，包含电弧放电法^[5]，激光烧蚀法^[6]，电化学法^[7]，燃烧/热氧化法^[8]，辅助合成法^[9]，或微波合成法^[10]。

1.3.1电弧放电法

请支付后下载全文，论文总字数：17847字