【摘要】：碳基材料由于具有價格低廉、無毒無害和化學性能穩(wěn)定的優(yōu)點,在環(huán)境、能源、化學生物傳感、生物成像和光催化領域中有著廣泛的應用潛力,對人類的社會和經濟發(fā)展都有著重要的作用。在碳基材料中,碳量子點(C-dots)和石墨相氮化碳量子點(g-C_3N_4-dots)具有熒光性能穩(wěn)定、生物相容性好,塊狀氮化碳(CN)材料具有結構穩(wěn)定和能帶隙可調等優(yōu)點,更是引起了研究者們的廣泛關注。目前,這三種材料的制備和性能調控方面還存在著一些不足,如熒光量子產率(FLQY)低、功能化修飾復雜、合成過程耗時長、合成條件苛刻和光催化效率低等。因此,發(fā)展新型的、簡單的制備這三種材料的方法來解決這些不足,改善其性能及拓展其應用范圍具有重要的意義。本文在簡要歸納C-dots、CN材料的制備、性能及應用的基礎上,發(fā)展了一系列簡單、綠色、低耗、高效的方法用于制備強熒光的C-dots、g-C_3N_4-dots和優(yōu)異光催化性能的g-C_3N_5材料�；诹孔狱c的強熒光性能,構建了幾種高靈敏、多功能、多信號的化學/生物傳感器用于幾種無機離子和生物小分子的檢測。與此同時,將具有良好光催化性能的g-C_3N_5用于光催化降解有機污染物。其主要研究內容如下:1)采用一步水熱法,成功合成了氮摻雜的碳量子點(N-doped C-dots)�；贜-doped C-dots的熒光性能和碘離子(I~-)的類酶催化性能,構建了一種靈敏的用于I~-檢測的雙信號納米傳感器。當溶液中存在I~-時,在酸性條件下I~-催化H_2O_2氧化鄰苯二胺(OPD)生成鄰苯二醌(OPDox)。此時溶液由無色變?yōu)辄S色,對I~-產生比色響應。同時,所生成的OPDox具有較穩(wěn)定的熒光性質。在單波長390 nm的光的激發(fā)下,OPDox在565 nm處發(fā)出較強的黃色熒光。由于N-doped C-dots與OPDox之間產生熒光共振能量轉移(FRET),隨著I~-的濃度增加,N-doped C-dots在450 nm處的熒光強度不斷減小,而OPDox在565 nm處的熒光強度不斷增大。因此,我們構建了一種比色、比率熒光傳感器用于I~-的檢測。在最佳的檢測條件下,所構建的傳感器具有高的靈敏度、較寬的檢測范圍(0.09μM-50μM)和較低的檢測限(0.06μM)。此外,我們將所構建的傳感器用于尿液中I~-的檢測,并具有很好的選擇性。這些結果表明用于I~-的檢測的雙信號傳感器在生理學和病理學診斷中具有很大的應用潛力。2)采用一步水熱法,成功合成了硫原子和氮原子共摻雜的碳量子點(SN co-doped C-dots),所合成的SN co-doped C-dots具有較強的熒光,其FLQY為73%。通過實驗發(fā)現(xiàn),在酸性條件下,Fe~(2+)與H_2O_2發(fā)生芬頓(Fenton)反應產生強氧化性的羥基自由基,所生成的強氧化性的羥基自由基能夠氧化SN co-doped C-dots表面的給電子基團,使SN co-doped C-dots的熒光發(fā)生明顯的猝滅。尿酸(UA)在尿酸氧化酶(UAO)的催化作用下,分解產生H_2O_2�；贔enton反應、酶促反應和SN co-doped C-dots優(yōu)異的熒光性能,構建了一種熒光猝滅型傳感器用于UA的檢測。在最佳條件下,當UA濃度為0.08μM-10μM和10μM-50μM時,SN co-doped C-dots熒光猝滅率與UA濃度呈現(xiàn)出良好的線性關系,檢測限達到0.07μM。3)采用電化學法,合成了氧、硫共摻雜的石墨相氮化碳量子點(OS-g-C_3N_4-dots)。通過實驗發(fā)現(xiàn),OS-g-C_3N_4-dots可以與銅離子(Cu~(2+))和銀離子(Ag~+)特異性結合。由于OS-g-C_3N_4-dots分別與Cu~(2+)和Ag~+之間發(fā)生電子轉移,使得OS-g-C_3N_4-dots的熒光猝滅(OFF)。在Cl~-和EDTA掩蔽劑的存在下,OS-g-C_3N_4-dots能夠選擇性地檢測Cu~(2+)和Ag~+。此外,生物硫醇(HCy、Cys和GSH)與Ag~+之間具有更強的絡合能力,使得Ag~+從OS-g-C_3N_4-dots表面脫離下來,抑制了OS-g-C_3N_4-dots與Ag~+之間的電子轉移,從而進一步使OS-g-C_3N_4-dots的熒光恢復(ON)。因此,本文構建了基于OS-g-C_3N_4-dots的“ON-OFF-ON”熒光響應的多功能傳感平臺用于Cu~(2+)、Ag~+和生物硫醇的檢測。在最佳條件下,Cu~(2+)、Ag~+、HCy、Cys和GSH的檢測限分別為0.7 nM、0.2 nM、0.01μM、0.01μM和8.4 nM。此外,所構建的傳感平臺可成功應用于實際樣品中Cu~(2+)、Ag~+和生物硫醇的測定,并表現(xiàn)出較高的靈敏度和較好的選擇性。4)采用堿(NaOH)輔助處理三唑環(huán)縮合過程的方法引入氮缺陷,通過控制前驅體(3-氨基-1,2,4-三氮唑)與NaOH的質量比,實現(xiàn)了g-C_3N_5氮缺陷的有效調控。隨著NaOH的量在0.005 g-0.1 g范圍內逐漸增加,g-C_3N_5的氮缺陷逐漸增多,能帶隙不斷減小,紫外可見光吸收范圍逐漸增大,并能有效抑制電子-空穴對的輻射復合。這使得所制備的具有氮缺陷的g-C_3N_x表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化和光電化學性能,g-C_3N_x作為光催化劑能有效降解有機污染物,并且彌補了C-dots在光催化方面應用的不足。5)采用了一種簡單的鹽模板法,以3-氨基-1,2,4-三氮唑為前驅體,通過重結晶、熱縮聚合和鹽模板去除的過程,合成得到了一種新型的、具有棒狀結構、富含氮的石墨氮化碳(RN-g-C_3N_5)。本研究所提出的合成方法,不僅避免了危險的刻蝕試劑(HF)的使用,而且無需復雜的、有毒的模板去除過程。通過水洗滌即可將模板去除,并能將模板循環(huán)利用。這種特殊的帶有介孔的棒狀結構大大提高了g-C_3N_5的比表面積和可見光的利用率,并得到了較低的能帶隙,這大大提高了g-C_3N_5的光催化活性,并且在光催化方面具有廣闊的應用前景。
【學位授予單位】：湖南師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ127.11;TB383.1
【圖文】：

博士學位論文性，為了除去鹽模板，采用去離子水洗滌 KBr 模板。RN-g-C3N5的結構穩(wěn)高達 1-6 μm，直徑為 100-500nm 的 RN-g-C3N5仍顯示出棒狀結構（圖 6-3B）。另外，利用其他立方晶體鹽（NaCl 和 KCl）為模板成功合成 R5。如圖 6-4 所示，制備的 RN-g-C3N5呈棒狀結構，這表明本方法具有普適ig. 6-2 SEM of (A) RN-g-C3N5, (B) KBr@RN-g-C3N5and (C) KBr@3-amino-1,2,4-triaz5 μm 3 μm3 μmC)A) B)A) B)

【相似文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 王海燕;幾種碳基材料的制備及其在熒光傳感和光催化方面的應用[D];湖南師范大學;2019年

本文編號：2730248