本文關(guān)鍵詞：碳量子點的光學(xué)性質(zhì)調(diào)控及應(yīng)用

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【摘要】：2004年,美國南卡羅來納大學(xué)的化學(xué)學(xué)家沃爾特教授實驗組使用電弧放電法在分離純化單壁納米管期間偶然發(fā)現(xiàn)了可以發(fā)光的碳納米顆粒,這一新型納米材料的發(fā)現(xiàn)引起了全球范圍內(nèi)的研究熱潮。在熒光碳納米材料中尺寸在lOnm以內(nèi)并具有單分散性,球形或類球形的納米點就是碳量子點。作為新興碳納米材料家族中重要的一員,碳量子點不論是在穩(wěn)定性、抗光降解性、有效性還是在生物相容性、低毒性和環(huán)保性等方面都優(yōu)越于傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點。到目前為止,碳量子點在催化、光催化、光生伏打、生物成像、離子檢測以及上轉(zhuǎn)化熒光等諸多領(lǐng)域顯示出強大的功能。目前已經(jīng)有大量文獻報道出許多不同的制備方法包括激光銷蝕法、電化學(xué)氧化法、共聚焦燃燒法以及化學(xué)合成法。然而昂貴的合成前驅(qū)物、苛刻的反應(yīng)條件、耗時的提純過程以及相對較低的量子產(chǎn)率仍然使合成過程面臨著極大的挑戰(zhàn)。和其他納米材料類似,在碳量子點中摻雜雜環(huán)原子能夠形成作為復(fù)合中心的缺陷能級,可以有效的改變能級間的電子轉(zhuǎn)移從而調(diào)節(jié)材料的性能。其中,氮摻雜由于引入了新的氮能級不僅能提高碳量子點本身的熒光量子產(chǎn)率還能顯示出電催化,雙光子誘導(dǎo)熒光等,這些獨特的性質(zhì)引起了廣泛的關(guān)注。然而,幾乎所有的氮摻雜過程都需要進一步鈍化或表面修飾,不僅對提純造成不便而且不利于環(huán)境保護。因此,用簡單的方法合成碳量子點并對其進行摻雜是值得探究和嘗試的。本文旨在用簡單的一步法合成熒光量子產(chǎn)率相對較高的氮摻碳量子點,并對其表征來進一步探討其光學(xué)特性,并嘗試給出光學(xué)特性的產(chǎn)生機制。本文主要進行了以下幾方面的研究：1.使用不同的前驅(qū)物和方法合成了三種碳量子點,在365nm的紫外燈照射下的三種碳量子點發(fā)光的光學(xué)照片可以顯示出摻雜氮元素明顯增強了其熒光強度。并通過透射電鏡,紅外光譜和電子能譜對其形貌結(jié)構(gòu)進行了表征,證實了一步法合成的碳量子點中成功摻雜了氮元素。2.氮摻碳量子點發(fā)出明亮藍色的單光子熒光。使用激發(fā)波長為800nm的飛秒激光器來照射樣品后,觀察到樣品發(fā)出明亮的綠光,功率的二次方和熒光強度呈線性證實了這種綠色的雙光子熒光。3.鑒于所合成的氮摻碳量子點具有較高的量子產(chǎn)率和穩(wěn)定性,氮摻雜碳量子點對不同金屬離子熒光響應(yīng)被進一步探究。實驗中觀察到Fe3+對其熒光具有顯著的猝滅作用,而其他金屬離子對其幾乎沒變化,我們對現(xiàn)象提出合理的解釋并驗證。
【關(guān)鍵詞】：碳量子點 氮摻雜 單光子 雙光子 金屬離子檢測
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 碳量子點的制備方法12-16
• 1.2.1 自上而下法12-14
• 1.2.2 由下而上法14-16
• 1.3 碳量子點的性質(zhì)16-22
• 1.3.1 形貌、組成和晶體結(jié)構(gòu)16-17
• 1.3.2 紫外吸收和光學(xué)性質(zhì)17-19
• 1.3.3 發(fā)射光譜和pH依賴性19
• 1.3.4 化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)發(fā)光19-20
• 1.3.5 上轉(zhuǎn)換熒光20-21
• 1.3.6 生物相容性和生物毒性21-22
• 1.4 碳量子點應(yīng)用22-27
• 1.4.1 熒光探針22-23
• 1.4.2 生物傳感23
• 1.4.3 生物成像23-25
• 1.4.4 藥物輸送與治療25-26
• 1.4.5 光催化26-27
• 1.5 碳量子點性能調(diào)控的方法27-29
• 1.5.1 表面鈍化和功能化27-28
• 1.5.2 化學(xué)摻雜28-29
• 1.5.3 碳量子點和金屬氧化物的復(fù)合29
• 1.6 本論文研究的內(nèi)容和意義29-31
• 第二章 碳量子點的合成與表征31-38
• 2.1 切割石墨烯制備碳量子點31-32
• 2.1.1 主要化學(xué)試劑與表征31
• 2.1.2 量子點的制備31
• 2.1.3 樣品的結(jié)構(gòu)形貌分析31-32
• 2.2 水熱葡萄糖法制備碳量子點32-33
• 2.2.1 主要化學(xué)試劑與表征32-33
• 2.2.2 量子點的制備33
• 2.2.3 樣品的結(jié)構(gòu)形貌分析33
• 2.3 水熱左旋谷氨酸一步法制備氮摻碳量子點33-37
• 2.3.1 主要化學(xué)試劑與表征33-34
• 2.3.2 碳量子點的制備34
• 2.3.3 樣品的結(jié)構(gòu)形貌分析和表征34-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 氮摻碳量子點光學(xué)性質(zhì)的探究38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 實驗部分38-39
• 3.2.1 試劑和儀器38
• 3.2.2 實驗步驟38-39
• 3.3 實驗結(jié)果與討論39-46
• 3.3.1 量子點熒光性質(zhì)研究39-43
• 3.3.2 量子點的雙光子誘導(dǎo)熒光性質(zhì)研究43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 氮摻碳量子點在金屬傳感方面的應(yīng)用47-55
• 4.1 引言47-48
• 4.1.1 動態(tài)猝滅47
• 4.1.2 靜態(tài)猝滅47-48
• 4.2 實驗部分48-49
• 4.2.1 試劑和儀器48
• 4.2.2 實驗步驟48-49
• 4.3 實驗結(jié)果與討論49-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 總結(jié)與展望55-58
• 5.1 總結(jié)55-56
• 5.2 展望56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻59-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文73

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 季雷華;高素蓮;張斌;;量子點的合成、毒理學(xué)及其應(yīng)用[J];環(huán)境化學(xué);2008年05期

2 王富;劉春艷;;發(fā)光碳量子點的合成及應(yīng)用[J];影像科學(xué)與光化學(xué);2011年04期

3 伊魁宇;王猛;邵明云;;量子點作為離子探針的分析應(yīng)用[J];廣州化工;2012年11期

4 羅慧;李曦;方婷婷;劉鵬;;量子點的毒性研究進展[J];材料導(dǎo)報;2013年19期

5 田瑞雪;武玲玲;趙清;胡勝亮;楊金龍;;碳量子點的氨基化及其對發(fā)光性能的影響[J];化工新型材料;2014年01期

6 ;“量子點”晶體將推動部分物理工藝的進步[J];光機電信息;2002年10期

7 徐萬幫;汪勇先;許榮輝;尹端l，

本文編號：1083555