氮掺杂石墨烯量子点的微波法合成及荧光传感分析应用.pdf

1、石墨烯量子点(Graphene quantum dots, GQDs)是横向尺寸小于10 nm的单层石墨烯，其不仅继承了石墨烯的优异性能，又因为小尺寸特点而具有量子限域效应和边缘效应，从而具有优异的荧光性能。与传统的量子点相比，GQDs生物相容性好且其合成过程绿色环保，在生物成像、分析传感和催化等领域具有广阔的应用前景。但是单一的GQDs量子产率较低，限制了其在荧光传感分析中的应用。内部元素掺杂和功能化是提高其量子产率和反应活性的重要手

2、段。目前，人们可利用不同方法制备GQDs，其中微波水热辅助法以其简单、快速、高效环保的特点引起人们的广泛注意。本文利用微波水热辅助法：以柠檬锰酸铵（Ammonium citrate, AC）为前驱体、二次蒸馏水为介质，合成了AC-GQDs；以柠檬酸（citric acid, CA）和尿素（Urea, Ur）为前驱体、二次蒸馏水为介质，合成了N-GQDs；并将二者应用到荧光传感分析，实现了对六价铬（Cr（Ⅵ））、次氯酸盐（MClO）和汞离

3、子（Hg2+）的检测。具体内容如下：
　　（1）AC-GQDs的合成及荧光传感测定水样中的Cr（Ⅵ）
　　采用Bottom-up的合成策略，以AC为前驱体、二次蒸馏水为介质，微波功率为800 W，调节微波加热时间合成 AC-GQDs。利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱（FL）、红外光谱（IR）和透射电镜（TEM）对AC-GQDs进行了表征。当激发波长为360 nm时，AC-GQDs在400-500 nm范围内发

4、出强荧光，其激发和发射光谱与重铬酸钾在340-420 nm的吸收光谱具有较大重叠。二者之间可以发生内滤光效应，AC-GQDs荧光猝灭。基于上述原理，建立了（Cr（Ⅵ））的荧光传感分析方法。在优化的实验条件下，重铬酸钾浓度与体系的荧光猝灭率在0.10-6.0μmol/L范围内呈线性关系，检出限为0.03μmol/L。常见金属离子不干扰体系荧光，该分析方法对重铬酸钾具有较高的选择性和灵敏度，可用于自来水、湖水中Cr（Ⅵ）的测定。
　　

5、（2）N-GQDs的微波水热法制备、表征及性能研究
　　由于上述合成GQDs的过程中，氮与碳的比例是固定，无法进行调节。因此本章以CA为碳源、Ur为氮源、二次蒸馏水为介质，同样采取Bottom-up的合成策略，通过调节 CA和 Ur的摩尔比、微波功率和微波加热时间，控制N-GQDs的合成。利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱（FL）、红外光谱（IR）、透射电镜（TEM）、X-射线光电子能谱（XPS）对N-GQDs进行表

6、征。结果表明：CA和Ur摩尔比不同，N-GQDs的发射波长由440 nm红移为525 nm；微波功率和微波加热时间对N-GQDs发射波长向长波方向转换有重要作用，初步实现了N-GQDs发射波长的可控合成。
　　（3）基于N-GQDs的次氯酸盐荧光传感器构建及应用
　　次氯酸盐具有较强的氧化性，与N-GQDs表面的氨基反应生成氯胺。基于氯胺与N-GQDs骨架发生分子内电子转移可使N-GQDs荧光减弱，建立了次氯酸盐荧光传感分析

7、方法。在最优实验条件下，次氯酸盐的浓度与体系的荧光猝灭率在0.20-13μmol/L范围内呈线性关系，检出限为0.07μmol/L。常见离子不干扰体系荧光，该分析方法对次氯酸盐具有较高的选择性和相当的灵敏度，可以用于自来水、湖水中次氯酸盐的测定。
　　（4）基于N-GQDs的Hg2+荧光传感器构建及应用
　　N-GQDs表面含有-COOH，-NH2，-OH等官能团，能与Hg2+产生相互作用，使体系荧光强度减弱。在最优实验条件