碳量子点表面基团调控及性能的研究

【摘要】碳量子点是由分散的类球状颗粒组成的尺寸在10nm以下的具有发光性质的碳颗粒，因元素无毒和良好的化学惰性以及生物相容性而得到了广泛关注。一般认为尺寸、结构和表面态均会影响碳量子点的性能，但是越来越多的研究表明，在一定尺寸和特定的合成条件下，表面基团是影响碳量子点性能的关键因素。目前关于表面基团对碳量子点性能的影响还没有系统的认识和研究，本文通过制备表面含有不同基团的碳量子点，较为系统的研究了O、N和Cl对碳量子点性能的影响。以氨水为氮源制备出了氨基改性的碳量子点，明显提高了未改性碳量子点的荧光发射效率。通过改变反应温度、氮源加入顺序和氮源种类，获得了制备最佳氨基改性碳量子点的条件，即以氨水为氮源在200oC对碳量子点进行改性，获得的氨基化的碳量子点的发光强度最强。对氨基改性碳量子点的吸收、发光以及红外的测试，判断荧光的增强来源于表面基团的改变。通过酸煮法制备出了表面含有大量含氧基团的碳量子点。研究发现改变硝酸浓度和化学反应进行时间可以控制碳量子点的颗粒大小和改变荧光发射行为。通过对其光催化性能测试，发现含氧基团的碳量子点具有光催化的性能。用硼氢化钠还原酸煮后的碳量子点，光致发光性能提高但光催化效率降低。碳量子点表面含氧基团的种类的改变可能是导致碳量子点光致发光和光催化性能改变的重要原因。以乙二醇为碳源水热法制备碳量子点，用氨水和氯化亚砜对其改性，制备了含有O、N和Cl改性的碳量子点。透射电镜表明三者的颗粒大小无明显差别。发光和光催化性能的测试发现，含有N和O的碳量子点发光最强，含Cl和O的碳量子点光催化效率最高，证明了基团不同是导致光致发光和催化性能不同的主要原因。通过结合理论和实验结果，建立了带隙弯曲解释表面基团与碳量子点性能的依赖关系的模型。碳量子点表面的碳氧键、碳氮键和碳氯键会形成不同的带隙弯曲，带隙弯曲的方向和程度影响光生载流子的分离，从而导致其光致发光和光催化效率存在差异。
【作者】田瑞雪；
【导师】胡胜亮；
【作者基本信息】中北大学，材料学，2014，硕士
【关键词】碳量子点；光致发光；光催化；带隙弯曲；

【参考文献】
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