【摘要】：重金屬是一類危害較大的環(huán)境污染物。與現(xiàn)有的儀器分析技術(shù)相比,以功能化量子點(diǎn)為基礎(chǔ)構(gòu)建的多功能納米傳感器已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測(cè)和分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是受到傳感機(jī)制以及材料的影響,納米傳感器在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著一些問題,如選擇性不足、靈敏度低、傳感機(jī)制不明等問題。本論文針對(duì)上述問題,設(shè)計(jì)和制備了四種新型量子點(diǎn)納米傳感器,用于高靈敏度和高選擇性檢測(cè)水中的痕量重金屬離子。具體研究?jī)?nèi)容闡述如下： (1)合成了巰基丙酸功能化的ZnSe/ZnS核殼量子點(diǎn)納米傳感器,并用于快速檢測(cè)5～70nM的Hg2+離子。該納米傳感器在5-40nM范圍內(nèi)具有較好線性相關(guān)性,檢測(cè)限達(dá)到2.5nM。采用紅外和理論計(jì)算等手段,重點(diǎn)研究了重金屬離子與巰基丙酸的相互作用,提出了該納米傳感器的選擇性檢測(cè)模型。 (2)合成了Mn-ZnSe量子點(diǎn),其熒光量子產(chǎn)率達(dá)到14%；考察了不同巰基配體對(duì)摻雜量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的影響；采用模擬計(jì)算手段,構(gòu)建了摻雜量子點(diǎn)和表面配體交換過程的模型,解釋了巰基配體功能化過程中所出現(xiàn)的熒光增強(qiáng)現(xiàn)象。 (3)制備了兩種不同配體功能化的Mn-ZnSe/ZnS核殼量子點(diǎn)納米傳感器。其中,巰基丙酸功能化的Mn-ZnSe/ZnS納米傳感器能對(duì)0.1～20nM范圍的痕量Hg2+離子進(jìn)行檢測(cè),在0.1～1.5nM內(nèi)具有線性相關(guān)性,檢測(cè)限達(dá)到0.1nM。與ZnSe/ZnS核殼量子點(diǎn)納米傳感器相比,該納米傳感器檢測(cè)限降低了24倍；用谷胱甘肽功能化的Mn-ZnSe/ZnS納米傳感器,對(duì)5～100nM范圍內(nèi)As3+離子進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)限達(dá)到5.1nM。 (4)合成了超小尺寸的Cu-ZnIn2Se4/ZnSe核殼納米晶,其熒光量子產(chǎn)率達(dá)到20%,斯托克斯位移達(dá)到467meV�？疾炝瞬煌腪n/In比例以及銅摻雜量對(duì)三元納米晶光學(xué)性質(zhì)的影響；對(duì)其進(jìn)行功能化后制備的納米傳感器對(duì)5～140nM范圍內(nèi)的Hg2+離子進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)限達(dá)到10nM。 綜上所述,本論文針對(duì)我國(guó)水環(huán)境安全和水質(zhì)監(jiān)測(cè)的需求,結(jié)合量子點(diǎn)熒光納米材料獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)和材料化學(xué)、計(jì)算化學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù),合成了三種半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料,針對(duì)水中痕量重金屬離子制備了四種新型納米傳感器,考察了量子點(diǎn)、表面有機(jī)配體以及目標(biāo)分析物之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),揭示了納米傳感器的傳感檢測(cè)機(jī)制,從而為功能化量子點(diǎn)材料在環(huán)境傳感與檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X832;TP212
【圖文】：

物的檢測(cè)體系1341。一般情況下，納米傳感器由信號(hào)源供體和分析物接收器兩部分組成，如圖1.1所示。信號(hào)源供體顧名思義是整個(gè)傳感器體系的信號(hào)來源，可以通過外部?jī)x器讀取信號(hào)強(qiáng)度。接收器是與目標(biāo)分析物直接接觸部分，它們之間的相互作用決定了傳感器對(duì)目標(biāo)分析物的選擇性。當(dāng)接收器與分析物作用后，導(dǎo)致信號(hào)源供體的物理化學(xué)性質(zhì)變化，最終引起光學(xué)或磁性信號(hào)變化；然后通過外部?jī)x器讀取光譜信號(hào)變化后，建立目標(biāo)物濃度和光譜信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系因?yàn)榧{米傳感器的設(shè)計(jì)、合成、應(yīng)用涉及到的領(lǐng)域很廣泛，從固態(tài)物理到分子生物學(xué)，所以需要全面考慮信號(hào)供體、接受器以及目標(biāo)物三者之間的相互作用，同時(shí)還需考慮外部環(huán)境對(duì)整個(gè)傳感器性能的影響，最終才能制備出高效敏感高選擇性的納米傳感器[37_39〗。Nanosensor圖1.1納米傳感器組成示意圖Fig. 1.1 Scheme of nanosensor components納米傳感器的信號(hào)一般是光學(xué)信號(hào)，如焚光光強(qiáng)、吸光度這些光學(xué)信號(hào)主要來自于納米材料

例如量子尺寸效應(yīng)、能級(jí)從連續(xù)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散狀態(tài)、禁帶寬度擴(kuò)大、表面缺陷增多、超順磁現(xiàn)象、表面等離子共振現(xiàn)象，如圖1.2所示。這些新的現(xiàn)象和性質(zhì)為納米材料在傳感、光電器件、生物標(biāo)記領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的研究和發(fā)展空間[49_52]。相較于發(fā)展較為成熟的儀器分析方法，納米傳感器具有以下優(yōu)勢(shì)：（1)能對(duì)痕量的分析物進(jìn)行快速檢測(cè)；（2)成本低廉、所需的劑量少；（3)樣品前處理步驟簡(jiǎn)單；（4)便于攜帶，能在現(xiàn)場(chǎng)快速大批量的進(jìn)行檢測(cè)分析。因此，納米傳感器被廣泛的應(yīng)用于環(huán)境分析、生物傳感、焚光標(biāo)記、食品監(jiān)測(cè)等研究領(lǐng)域-3-

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732748