本文關(guān)鍵詞：碳量子點表面態(tài)的設(shè)計及其對性能的影響

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【摘要】：碳量子點以其獨特的光電性能、高的穩(wěn)定性和環(huán)境友好性而備受關(guān)注。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點不同的是:傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點性能與尺寸有較大的依賴性,而碳量子點的性能不僅受尺寸影響,還受表面成分、基團決定。因此,本文通過化學(xué)反應(yīng)設(shè)計了碳量子點的表面成分與基團,研究了這些成分、基團特別是氮、硫、氧等元素對碳量子點性能的影響及其依賴關(guān)系。具體研究創(chuàng)新工作如下:第一,以對氨基苯磺酸為原料,通過水熱法一步合成了硫、氮共摻雜的碳量子點。實驗結(jié)果表明:制備的碳量子點尺寸分布均勻,氮、硫分別以氨基和磺酸基團的形式存在于碳量子點的表面。與已有的報道不同,碳量子點展現(xiàn)出了非激發(fā)波長依賴的藍光發(fā)射行為,三價鐵離子可有效猝滅其熒光,鐵離子濃度在0-10~-3 mol·L~-1范圍內(nèi)與碳量子點的熒光猝滅程度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,檢出限約為10-~7 mol·L-~1。制備的碳量子點對三價鐵離子具有高選擇性、高靈敏性以及較好的抗干擾能力,能作為三價鐵離子檢測的傳感器。第二,通過水熱法將對氨基苯磺酸與對氨基苯硫酚分別與檸檬酸碳量子點反應(yīng),從而將磺酸基與巰基接枝到檸檬酸碳量子點表面。實驗結(jié)果表明:通過改變碳量子點表面的表面態(tài),可以調(diào)控其光致發(fā)光性質(zhì)。磺酸基修飾的檸檬酸碳量子點可以將檸檬酸碳量子點發(fā)光峰從453 nm調(diào)控到491 nm,巰基修飾的檸檬酸碳量子點可以將檸檬酸碳量子點發(fā)光峰從453 nm調(diào)控到530 nm,從而實現(xiàn)了碳量子點的熒光發(fā)射的可調(diào)。第三,通過水熱法制備了表面具有含氧基團的碳量子點。利用化學(xué)方法對碳量子點表面的羰基、羥基和羧酸基團進行了選擇性鈍化,對比了碳量子點表面不同含氧基團的光催化活性。實驗結(jié)果表明碳量子點表面的羰基對碳量子點的光催化性能起著決定性的作用。因此,可以通過提高碳量子點表面的羰基數(shù)量來提升碳量子點的光催化活性。
【關(guān)鍵詞】：碳量子點 表面態(tài) 光致發(fā)光 光催化
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 前言10-11
• 1.2 碳量子點的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)11-12
• 1.3 碳量子點的表面修飾12-16
• 1.3.1 氮元素摻雜碳量子點12-15
• 1.3.2 其他元素摻雜碳量子點15-16
• 1.4 碳量子點的應(yīng)用16-21
• 1.4.1 化學(xué)傳感器16-17
• 1.4.2 生物傳感器17-18
• 1.4.3 生物成像18-19
• 1.4.4 納米醫(yī)學(xué)19-20
• 1.4.5 光催化20-21
• 1.5 研究目的與意義21
• 1.6 研究內(nèi)容21-23
• 第二章 一步合成硫、氮共摻雜的碳量子點及其在Fe~(3+)檢測中的應(yīng)用23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 實驗部分23-24
• 2.2.1 實驗原料及儀器23-24
• 2.2.2 實驗方法24
• 2.3 表征手段24-25
• 2.3.1 微觀結(jié)構(gòu)分析24-25
• 2.3.2 光致發(fā)光分析25
• 2.3.3 表面官能團分析25
• 2.4 結(jié)果和討論25-30
• 2.4.1 氮、硫共摻雜碳量子點的表征與性質(zhì)研究25-28
• 2.4.2 碳量子點對Fe~(3+)的檢測28-29
• 2.4.3 Fe~(3+)對碳量子點的熒光猝滅機理29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 不同表面態(tài)的碳量子點及其發(fā)光性質(zhì)31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 實驗部分31-33
• 3.2.1 實驗原料與儀器31-32
• 3.2.2 實驗方法32-33
• 3.3 結(jié)果與討論33-39
• 3.3.1 磺酸基、巰基修飾的碳量子點的結(jié)構(gòu)表征33-37
• 3.3.2 磺酸基、巰基修飾的碳量子點的發(fā)光性質(zhì)37-39
• 3.4 影響碳量子點發(fā)光性質(zhì)的因素39-43
• 3.4.1 配比39-40
• 3.4.2 溫度40-42
• 3.4.3 官能團42-43
• 3.5 機理分析43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第四章 通過化學(xué)方法確認碳量子點在光催化中的活性區(qū)域45-51
• 4.1 引言45
• 4.2 實驗部分45-47
• 4.2.1 實驗原料與儀器45-46
• 4.2.2 實驗方法46-47
• 4.3 結(jié)果與討論47-50
• 4.3.1 碳量子點的結(jié)構(gòu)表征47-49
• 4.3.2 含氧基團對光催化活性的影響49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻52-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果64-65
• 致謝65-66

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本文編號：669813