發(fā)布時(shí)間：2021-07-12 19:12

　　近年來,碳材料由于具有環(huán)境友好、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛關(guān)注。相比于宏觀的金剛石、石墨等,納米尺寸的碳材料由于具有合適的帶隙,繼而通過調(diào)控尺寸大小和表面化學(xué)結(jié)構(gòu),可以使其具有不同的發(fā)光行為和生物活性。其中,熒光碳點(diǎn)作為一類新興的碳納米材料,廣泛用于傳感分析、熒光成像、光催化以及發(fā)光器件等領(lǐng)域。為了獲得性質(zhì)更加優(yōu)越的碳點(diǎn),人們開展了表面功能化研究。雖然通過后期化學(xué)改性的方式偶聯(lián)上額外的功能材料可以實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的功能化,但是直接利用原位合成的方式制備功能化碳點(diǎn)的研究依然較少。在細(xì)胞成像分析中,細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)的靶向研究更多傾向于靶向成像,而對(duì)于維持細(xì)胞器穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境極性的傳感分析仍未有報(bào)道。特別是,對(duì)于細(xì)胞內(nèi)“低關(guān)注”度的高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的成像研究仍鮮有報(bào)道。所以,本文以碳點(diǎn)的表面功能化為主要研究?jī)?nèi)容,針對(duì)其在原位改性和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)靶向成像方面的不足開展以下三個(gè)研究?jī)?nèi)容:1.活性結(jié)構(gòu)保留策略用于功能化碳點(diǎn)的制備。原料分子在縮合形成碳點(diǎn)的過程中會(huì)經(jīng)歷電離縮合、低溫聚合以及高溫碳化三個(gè)典型過程,因此原料分子的活性結(jié)構(gòu)極有可能保留在碳點(diǎn)表面,從而使碳點(diǎn)在具有熒光的同時(shí)也具備原料分子某些特性（記... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）石墨態(tài)碳點(diǎn)與無定形結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)的示意圖

圖 1-2 （a）不同大小粒徑（1.5-3 nm）的碳點(diǎn)的熒光照片[31]。（b）碳點(diǎn)大小與熒光性質(zhì)之間的關(guān)系。（c）HOMO-LUMO 能級(jí)差與石墨片層大小之間的關(guān)系。（d）HOMO-LUMO 能級(jí)差與表面氧化狀態(tài)之間的關(guān)系[32]。（e）表面 N 含量對(duì)碳點(diǎn)激發(fā)態(tài)能級(jí)的影響[35]。碳核發(fā)光，也被稱為本征態(tài)或碳核態(tài)。在過去的數(shù)年中，碳核發(fā)光的理論也被視為碳點(diǎn)發(fā)光的一個(gè)重要方面。S. Urban 等人認(rèn)為電子在碳核多環(huán)芳烴（PAH）結(jié)構(gòu)中能級(jí)躍遷是造成碳點(diǎn)具有熒光現(xiàn)象的重要因素[28]。而碳核的大小又可以調(diào)節(jié)共軛 π-結(jié)構(gòu)的帶隙，從而使碳點(diǎn)具有各色的發(fā)光行為。通過密度泛函（DFT）理論的模擬，Eda 等人發(fā)現(xiàn)單個(gè)石墨層的帶隙隨著粒徑的增大而逐漸較小。詳細(xì)來講，單個(gè)苯環(huán)結(jié)構(gòu)的帶隙為 7 eV，當(dāng)片層含有 20 個(gè)芳環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，其帶隙變?yōu)?2 eV[29]。Chen 等人利用 DFT 模擬的方法，也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，并且還發(fā)現(xiàn)碳核邊緣的結(jié)構(gòu)、形狀以及缺陷也會(huì)影響碳點(diǎn)的熒光發(fā)射波長(zhǎng)[30]。除了理論模擬之外，Kang 等人通過實(shí)驗(yàn)觀察到了不同粒徑下的碳點(diǎn)熒光發(fā)射。在他們工作中，通過色譜分離的方法獲得了分布于1.5到3 nm之間的四種不同粒徑的碳點(diǎn)顆粒，他們分別展現(xiàn)出藍(lán)、綠、黃、紅四種典型的熒光顏色（圖 1-2a-c）[31]。然而，需要注意的是，即使是同

氧相關(guān)的表面態(tài)與氮相關(guān)的表面態(tài)需要被同時(shí)納入考慮的范疇。在最近的研究報(bào)道中，Chen 等人認(rèn)為反應(yīng)初期的熒光是以氮相關(guān)的表面態(tài)決定的，而隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，碳點(diǎn)的發(fā)射中心變?yōu)檠跸嚓P(guān)的表面態(tài)[37]。另外一個(gè)需要注意的問題，在石墨態(tài)碳點(diǎn)發(fā)光中心還未完全清晰之前，碳核態(tài)與表面態(tài)發(fā)光都是需要同時(shí)考慮的兩個(gè)因素。Liu 等人利用硅膠柱色譜對(duì)制備碳點(diǎn)粗產(chǎn)品進(jìn)行分離純化，得到了一系列不同粒徑大小與不同表面化學(xué)組成的具有各色發(fā)光行為的碳點(diǎn)顆粒。通過表征與 DFT 模擬，發(fā)現(xiàn)碳點(diǎn)的粒徑大小與表面態(tài)會(huì)同時(shí)影響碳點(diǎn)的發(fā)光性質(zhì)[24]。此外，表面的分子狀熒光團(tuán)發(fā)光是碳點(diǎn)的第三種發(fā)光機(jī)制。在這種機(jī)制中，碳點(diǎn)的發(fā)光中心被歸為表面分子結(jié)構(gòu)。在很多與碳點(diǎn)制備相關(guān)的文獻(xiàn)中，檸檬酸被廣泛用作重要的碳源來制備具有藍(lán)色熒光的碳點(diǎn)顆粒。其中，檸檬酸完全可以通過碳化縮合的方式得到具有檸嗪酸結(jié)構(gòu)的衍生物，而該衍生物本來就具有明顯的藍(lán)色熒光，所以該結(jié)構(gòu)很有可能是碳點(diǎn)真實(shí)發(fā)光中心[38]。Zhang 等人以檸檬酸與 L-半胱氨酸為原料制備出具有藍(lán)色發(fā)光性質(zhì)的熒光碳點(diǎn)，而同時(shí)以兩種原料為反應(yīng)物可以制備出具有相同發(fā)射峰的兩種熒光小分子（TPDCA 和 TPCA）（圖 1-3a）[39]。重要的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Photoluminescence of carbon quantum dots:coarsely adjusted by quantum confinement effects and finely by surface trap states[J]. Zexi Liu,Hongyan Zou,Ni Wang,Tong Yang,Zhewei Peng,Jian Wang,Na Li,Chengzhi Huang.  Science China（Chemistry）. 2018(04)



本文編號(hào)：3280494