高温热解法一步合成新型荧光碳点及其应用研究

【摘要】近年来,作为碳纳米材料家族中一名新兴的重要成员,荧光碳点受到了越来越多的关注。荧光碳点(简称碳点),又被称为碳纳米点、碳量子点、碳纳米晶,是一种尺寸大小分布在10nm以下的,几何形状类似于近乎准球型的,单分散的碳纳米功能材料。碳点是一种具有类似半导体量子效应和上转换功能的发光材料,其优异的光学性质使其在环境检测、光催化、细胞标记和生物成像和燃料电池催化剂等领域表现出很好的应用潜质。相较于荧光有机染料和半导体量子点,碳点具有很好的水溶性,耐光漂白,良好的生物相容性和低细胞毒性,且合成方法简单多样而过程更绿色环保,使其成为新的研究热点以及替代量子点的不二选择。众多研究者在荧光碳点的制备方法、性能优化以及拓展应用等方面做了很多探索创新工作,极大地丰富了碳点的制备方法,提高了碳点的荧光性能,也开启了碳点在诸多领域的应用。为了改善碳点的荧光量子产率,研究者发现将氮元素或硫元素亦或者同时将氮、硫两种元素掺入碳点,对其进行组成的修饰,将大大地提高荧光量子产率。基于上述内容,本工作主要从寻找新的碳源出发,采用高温热解法一步制备荧光碳点,探索了其在细胞成像方面的应用,建立了定量检测Fe3+和H202的方法,具体包括以下几个方面的内容：(1)以谷胱甘肽作为唯一碳源,采用高温热解法一步制备荧光碳点。探讨了反应时间以及反应温度对碳点荧光性质的影响,制得的碳点(CGSHdots)荧光量子产率较低。从红外光谱图中可看出,碳点表面存在大量功能基团,如巯基(-SH),羧基(-COOH),有利于碳点进一步功能化,为拓展其应用打下了良好的基础。同时,CGsHdots不仅具有良好的光漂白性和较好的水溶性,还具有很好的耐盐性。本工作中,考察了碳点与多种金属离子之间的作用,发现Fe3+和Hg2+能够较为明显地猝灭碳点的荧光。考察了碳点的生物毒性并进一步将其应用于细胞成像,研究结果表明几乎没有毒性的CGSHdots有望应用于生物标记及生物成像等领域。(2)为制备得到荧光量子产率较高的碳点,我们采用柠檬酸和谷胱甘肽共同作为碳源,通过高温热解法一步制备新型荧光碳点(CGSH-CAdots)。探讨了反应时间以及反应温度对碳点荧光性质的影响,在透射电子显微镜下观察碳点粒径小于10nm,荧光量子产率高达80.7%。从红外光谱图中同样可看出其碳点表面存在大量功能基团,如巯基(-SH),羧基(-COOH).同时,CGSH-CAdots还具有良好的光漂白性和较好的水溶性,表现出很好的耐盐性。本工作中,考察了CGSH-CAdots与多种金属离子之间的作用,发现Fe3+能特异性猝灭碳点的荧光,并在此基础上建立了检测Fe3+和H202的方法。CGSH-CAdots在生化检测、生物成像等领域有很大的应用前景。
【作者】刘兴会；
【导师】杨晓明；
【作者基本信息】西南大学，药物分析学，2014，硕士
【关键词】荧光碳点；谷胱甘肽；柠檬酸；Fe3+；H2O2；

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