氮摻雜石墨烯量子點(diǎn)的微波法合成及熒光傳感分析應(yīng)用.pdf

1、石墨烯量子點(diǎn)(Graphene quantum dots, GQDs)是橫向尺寸小于10 nm的單層石墨烯，其不僅繼承了石墨烯的優(yōu)異性能，又因?yàn)樾〕叽缣攸c(diǎn)而具有量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，從而具有優(yōu)異的熒光性能。與傳統(tǒng)的量子點(diǎn)相比，GQDs生物相容性好且其合成過程綠色環(huán)保，在生物成像、分析傳感和催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是單一的GQDs量子產(chǎn)率較低，限制了其在熒光傳感分析中的應(yīng)用。內(nèi)部元素?fù)诫s和功能化是提高其量子產(chǎn)率和反應(yīng)活性的重要手

2、段。目前，人們可利用不同方法制備GQDs，其中微波水熱輔助法以其簡(jiǎn)單、快速、高效環(huán)保的特點(diǎn)引起人們的廣泛注意。本文利用微波水熱輔助法：以檸檬錳酸銨（Ammonium citrate, AC）為前驅(qū)體、二次蒸餾水為介質(zhì)，合成了AC-GQDs；以檸檬酸（citric acid, CA）和尿素（Urea, Ur）為前驅(qū)體、二次蒸餾水為介質(zhì)，合成了N-GQDs；并將二者應(yīng)用到熒光傳感分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)六價(jià)鉻（Cr（Ⅵ））、次氯酸鹽（MClO）和汞離

3、子（Hg2+）的檢測(cè)。具體內(nèi)容如下：
　?。?）AC-GQDs的合成及熒光傳感測(cè)定水樣中的Cr（Ⅵ）
　　采用Bottom-up的合成策略，以AC為前驅(qū)體、二次蒸餾水為介質(zhì)，微波功率為800 W，調(diào)節(jié)微波加熱時(shí)間合成 AC-GQDs。利用紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、熒光光譜（FL）、紅外光譜（IR）和透射電鏡（TEM）對(duì)AC-GQDs進(jìn)行了表征。當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)為360 nm時(shí)，AC-GQDs在400-500 nm范圍內(nèi)發(fā)

4、出強(qiáng)熒光，其激發(fā)和發(fā)射光譜與重鉻酸鉀在340-420 nm的吸收光譜具有較大重疊。二者之間可以發(fā)生內(nèi)濾光效應(yīng)，AC-GQDs熒光猝滅?；谏鲜鲈恚⒘耍–r（Ⅵ））的熒光傳感分析方法。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，重鉻酸鉀濃度與體系的熒光猝滅率在0.10-6.0μmol/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢出限為0.03μmol/L。常見金屬離子不干擾體系熒光，該分析方法對(duì)重鉻酸鉀具有較高的選擇性和靈敏度，可用于自來水、湖水中Cr（Ⅵ）的測(cè)定。
　　

5、（2）N-GQDs的微波水熱法制備、表征及性能研究
　　由于上述合成GQDs的過程中，氮與碳的比例是固定，無法進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此本章以CA為碳源、Ur為氮源、二次蒸餾水為介質(zhì)，同樣采取Bottom-up的合成策略，通過調(diào)節(jié) CA和 Ur的摩爾比、微波功率和微波加熱時(shí)間，控制N-GQDs的合成。利用紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、熒光光譜（FL）、紅外光譜（IR）、透射電鏡（TEM）、X-射線光電子能譜（XPS）對(duì)N-GQDs進(jìn)行表

6、征。結(jié)果表明：CA和Ur摩爾比不同，N-GQDs的發(fā)射波長(zhǎng)由440 nm紅移為525 nm；微波功率和微波加熱時(shí)間對(duì)N-GQDs發(fā)射波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向轉(zhuǎn)換有重要作用，初步實(shí)現(xiàn)了N-GQDs發(fā)射波長(zhǎng)的可控合成。
　　（3）基于N-GQDs的次氯酸鹽熒光傳感器構(gòu)建及應(yīng)用
　　次氯酸鹽具有較強(qiáng)的氧化性，與N-GQDs表面的氨基反應(yīng)生成氯胺?；诼劝放cN-GQDs骨架發(fā)生分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移可使N-GQDs熒光減弱，建立了次氯酸鹽熒光傳感分析

7、方法。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，次氯酸鹽的濃度與體系的熒光猝滅率在0.20-13μmol/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢出限為0.07μmol/L。常見離子不干擾體系熒光，該分析方法對(duì)次氯酸鹽具有較高的選擇性和相當(dāng)?shù)撵`敏度，可以用于自來水、湖水中次氯酸鹽的測(cè)定。
　　（4）基于N-GQDs的Hg2+熒光傳感器構(gòu)建及應(yīng)用
　　N-GQDs表面含有-COOH，-NH2，-OH等官能團(tuán)，能與Hg2+產(chǎn)生相互作用，使體系熒光強(qiáng)度減弱。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件