碳量子點(diǎn)是一種水溶性優(yōu)良、生物相容性好、光穩(wěn)定性高的新型碳基零維材料,有著與傳統(tǒng)有機(jī)熒光染料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)所不具備的優(yōu)勢(shì),使它在生物成像、追蹤藥物釋放、納米電子器件等方面有著相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。木質(zhì)素為世界上產(chǎn)量最大的天然芳香族高分子物質(zhì),只有不到5%的木質(zhì)素被改性用作商業(yè)或工業(yè)用途,絕大部分被焚燒或以黑液的形式排放。木質(zhì)素具有高含碳量、芳香共軛結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)改性等特點(diǎn),使其具有制備熒光碳量子點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。而目前限制木質(zhì)素高值化利用的主要原因之一是其雜質(zhì)含量高,純度不足。為了獲得高純度木質(zhì)素,本論文首先以對(duì)甲苯磺酸為提純助劑,研究提純工藝對(duì)木質(zhì)素純度及結(jié)構(gòu)的影響,建立對(duì)甲苯磺酸提純木質(zhì)素的優(yōu)化工藝。以提純的木質(zhì)素為原料制備木質(zhì)素?fù)诫s碳量子點(diǎn),并將其與PNIPAM/PVA水凝膠相結(jié)合制得pH/溫度雙響應(yīng)水凝膠,探索木質(zhì)素?fù)诫s碳量子點(diǎn)在水凝膠中的應(yīng)用。論文系統(tǒng)地研究了木質(zhì)素?fù)诫s碳量子點(diǎn)的形貌、光學(xué)特性以及水凝膠的性能。p-TsOH提純法研究結(jié)果表明,與堿溶酸析法相比,p-TsOH提純工藝得到的木質(zhì)素有著更高的純度（高達(dá)99.38%,以Sigma木質(zhì)素為標(biāo)準(zhǔn)樣）、更高的酚羥基含量（高達(dá)4.12... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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木質(zhì)素結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文8進(jìn)行酸處理和表面鈍化，制得了有著良好水溶性的多色熒光碳量子點(diǎn)。超聲法：Zhu等[29]從銅基板上移除在LIB中循環(huán)了400次的石墨顆粒，并在水中超聲剝離2小時(shí)，制得含有黑色石墨顆粒的混合物。對(duì)該混合物進(jìn)行離心和透析處理后，即可獲得熒光量子產(chǎn)率為1.2%的碳量子點(diǎn)懸浮液。圖1-3為從LIB中超聲剝離石墨制碳量子點(diǎn)的示意圖。圖1-3從LIB中超聲剝離石墨制碳量子點(diǎn)的示意圖Fig.1-3CDsformationfromthelithium-intercalatedgraphite（2）“自下而上”法電化學(xué)法：Lu等[34]將石墨棒和高取向熱解石墨（HOPG）作為陽(yáng)極插入離子液體（1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸鹽（或1-甲基-3-丁基咪唑氯化物））/水溶液中，并以鉑電極作為對(duì)電極，使用直流電源將1.515V的靜態(tài)電位施加到兩個(gè)電極，對(duì)石墨烯進(jìn)行剝離。用水和乙醇將產(chǎn)物洗至中性，經(jīng)過離心過濾處理后，即可制得熒光納米碳量子點(diǎn)。該方法需要精確地控制電流電壓，存在設(shè)備要求高、能耗過大等問題。微波法：Zhu等[30]把不同量的PEG-200和糖（葡萄糖，果糖等）配成透明溶液，并微波加熱2～10分鐘。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液從最初的無(wú)色逐漸變成黃色，最后再變成深棕色，制得光穩(wěn)定性高和水分散性優(yōu)異的熒光碳量子點(diǎn)。雖然微波法方法簡(jiǎn)單、原料易得、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但是制得的碳量子點(diǎn)熒光效率過低且不可控。超聲合成法：Li等[31]將1mol/LNaOH或36wt%HCl溶液加入到濃度為1mol/L葡萄糖溶液中，對(duì)該混合液進(jìn)行4小時(shí)的超聲處理后，即可制備出粒徑小于5nm的熒光碳量子點(diǎn)。超聲法需要在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿等苛刻條件下進(jìn)行，設(shè)備要求高，同時(shí)存在熒光效率過低的問題。水熱法：Hou等[32]將檸檬酸、L-酪氨酸甲酯鹽酸鹽和水?dāng)嚢杌旌铣删坏娜芤�，�?00℃下加熱5小時(shí)后，并將得到的棕色?

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文101.3.2碳量子點(diǎn)的熒光機(jī)理碳量子點(diǎn)是一種具有優(yōu)良熒光特性的新興零維碳材料。碳量子點(diǎn)不但擁有良好的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移性，而且還是優(yōu)良的電子給體與受體。但目前科研界對(duì)碳量子點(diǎn)的熒光機(jī)理還沒有統(tǒng)一的定論，較為主流的觀點(diǎn)有：量子尺寸效應(yīng)[38]、表面能量陷阱[39]。（1）量子尺寸效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)是粒徑處于納米級(jí)別的顆粒，其費(fèi)米能級(jí)附近的能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)突變?yōu)殡x散，使得它有著與宏觀材料明顯差別的性質(zhì)。Li等[38]以乙醇/H2O/NaOH溶液為電解質(zhì)、以石墨棒為陽(yáng)極和陰極，采用電化學(xué)的方法合成不同粒徑的碳量子點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，碳量子點(diǎn)的熒光特性是隨粒徑大小的變化而發(fā)生變化的（如圖1-4所示）：小粒徑的碳量子點(diǎn)（1.2nm）能發(fā)出紫外光（約350nm），中等粒徑的碳量子點(diǎn)（1.5～3nm）能發(fā)出可見光（400～700nm），大粒徑的碳量子點(diǎn)（3.8nm）能發(fā)出近紅外光（約800nm）。碳量子點(diǎn)的帶隙間距與粒徑大小呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即其帶隙間距隨碳量子點(diǎn)粒徑的增大而逐漸減校圖1-4帶隙間距隨粒徑變化示意圖Fig.1-4Bandgapasafunctionofparticlesize（2）表面能量陷阱碳量子點(diǎn)表面能級(jí)及其間距的重要影響因素是碳量子點(diǎn)表面的能量陷阱（即表面所含官能團(tuán)的種類及數(shù)量）。Sung等[39]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在碳量子點(diǎn)表面修飾-NH2基團(tuán)能使其熒光發(fā)射發(fā)生紅移；并通過理論計(jì)算得知，當(dāng)碳量子點(diǎn)的表面修飾1～6個(gè)-NH2數(shù)目時(shí)，其帶隙間距會(huì)隨表面修飾基團(tuán)數(shù)目的增加而逐步減小，帶隙間距與氨基數(shù)目的關(guān)系如圖1-5所示。Zhu等[40]發(fā)現(xiàn)，修飾和還原都能調(diào)節(jié)碳量子點(diǎn)的表面基團(tuán)，從而改變非輻射過程和由-OH


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