碳點,作為一種新型的碳基熒光納米材料,具有制備簡單、發(fā)光波長可調、光學性質穩(wěn)定、生物相容性好和易于表面修飾等優(yōu)勢,使其在顯示、傳感、催化、生物醫(yī)學和光電器件等應用中展現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。自碳點被合成以來,大量關于調控其結構與性質的工作不斷涌現(xiàn),旨在提高碳點發(fā)光效率、拓寬光譜覆蓋和開發(fā)其特殊應用。其中,雜原子摻雜被研究者們廣泛采用,并被認為是最有效的調控手段,以氮為主的雜元素摻雜能夠調節(jié)碳原子的電荷分布,從而導致碳點的光學和電子性質發(fā)生改變。除了非金屬元素外,受益于金屬元素的活性電子層結構和特別功能,金屬離子摻雜策略有望可以賦予碳點特定的性能與應用。不同于碳點-金屬基復合雜化材料,金屬是主要組分而碳點通常只是作為輔助提高金屬半導體性能的添加劑,其中仍然存在著制備工序復雜和成本高的問題。金屬離子摻雜碳點則是以碳點為主體,摻雜低含量的金屬離子,其本質仍是碳點,保留了其良好的生物相容性和合成簡單的優(yōu)勢。然而,金屬離子摻雜碳點屬于一個新的研究領域,有關報道較少,且方法不具普適性,缺乏利用金屬離子定制碳點的新性能與新應用。本論文中,首次基于葡萄糖酸金屬鹽原料新體系,設計合成了一系列的金屬離子摻雜碳...

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 碳點的發(fā)展及分類
        1.1.1 石墨烯量子點
        1.1.2 碳量子點/碳納米點
        1.1.3 碳化聚合物點
    1.2 碳點的結構與性質調控
        1.2.1 反應原料
        1.2.2 合成條件
        1.2.3 溶劑效應
        1.2.4 表面鈍化/修飾
        1.2.5 元素摻雜
        1.2.6 分離純化
    1.3 碳點類材料的相關應用
        1.3.1 顯示
        1.3.2 傳感與檢測
        1.3.3 生物醫(yī)學
        1.3.4 能源與催化
    1.4 金屬摻雜碳點的性能及應用
        1.4.1 金屬摻雜碳點合成
        1.4.2 金屬摻雜碳點的性質及應用
    1.5 本文的選題及設計思路
第二章 鋅離子摻雜碳點的制備及在檢測EDTA和 Zn²⁺中的應用
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗原料
        2.2.2 鋅離子摻雜碳點的制備
        2.2.3 儀器表征
        2.2.4 熒光淬滅模式檢測溶液中的EDTA
        2.2.5 熒光恢復模式檢測溶液中的Zn2+
        2.2.6 細胞毒性實驗
        2.2.7 細胞成像實驗
    2.3 鋅離子摻雜碳點的結構與性質
        2.3.1 鋅離子摻雜碳點的光學性質
        2.3.2 鋅離子摻雜碳點的結構表征
    2.4 鋅離子增強碳點熒光的機理研究
    2.5 鋅離子摻雜碳點在熒光“Off-On”模式檢測EDTA和 Zn2+方面的應用
        2.5.1 熒光“Turn-off”型測溶液中的EDTA
        2.5.2 熒光“Turn-on”型檢測溶液中的Zn2+
        2.5.3 熒光“Off-on”模式檢測實際環(huán)境中的EDTA和 Zn2+
        2.5.4 細胞成像以及體外檢測應用
    2.6 本章小結
第三章 鎂離子摻雜碳點的制備及在促骨再生中的應用
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗原料
        3.2.2 鎂離子摻雜碳點的制備
        3.2.3 儀器表征
        3.2.4 細胞毒性與細胞成像實驗
        3.2.5 堿性磷酸酶活性測定實驗
        3.2.6 實時定量逆轉錄-聚合酶鏈反應實驗
        3.2.7 細胞礦化實驗
        3.2.8 體內骨修復實驗
    3.3 鎂離子摻雜碳點的合成與表征
    3.4 鎂離子摻雜碳點的體外成骨細胞分化作用研究
        3.4.1 細胞毒性、攝取以及成像實驗
        3.4.2 堿性磷酸酶活性測試實驗
        3.4.3 定量逆轉錄-聚合酶鏈反應實驗
        3.4.4 茜素紅染色實驗
        3.4.5 方法普適性
    3.5 鋅離子摻雜碳點/生物支架復合材料的制備和表征
    3.6 鋅離子摻雜碳點/生物支架復合材料的體內骨缺損修復實驗
        3.6.1 鋅離子碳點體外細胞礦化染色實驗
        3.6.2 復合支架材料體內骨缺損修復實驗
    3.7 本章小結
第四章 鈷鐵雙離子摻雜碳點的制備及在電催化分解水中的應用
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗原料
        4.2.2 鈷、鐵離子雙摻雜碳點的制備
        4.2.3 碳負載的鈷、鐵雙離子摻雜釕單質網(wǎng)絡的制備
        4.2.4 儀器表征
        4.2.5 工作電極的準備
        4.2.6 電化學分解水測試
        4.2.7 理論計算
    4.3 鈷、鐵雙離子摻雜碳點的合成與表征
    4.4 鈷、鐵雙離子摻雜碳點的電催化分解水產氧應用
        4.4.1 電催化產氧性能測試
        4.4.2 理論模擬和機理解釋
        4.4.3 鈷、鐵雙金屬協(xié)同作用研究
    4.5 一鍋法合成碳負載鈷、鐵摻雜釕和鈷、鐵摻雜碳點的結構表征
        4.5.1 水熱法一鍋合成兩種不同功能材料
        4.5.2 碳負載鈷、鐵摻雜釕單質網(wǎng)絡的形貌和結構表征
        4.5.3 鈷、鐵雙離子摻雜碳點的形貌和表征
    4.6 碳負載鈷鐵摻雜釕的電催化分解水產氫應用
        4.6.1 電催化產氫性能測試
        4.6.2 理論計算及活性歸屬
        4.6.3 鈷、鐵雙離子摻雜碳點的電催化產氧性能
    4.7 電催化全解水應用
    4.8 本章小結
總結與展望
    全文總結
    未來展望
參考文獻
作者簡介
攻讀博士學位期間發(fā)表研究成果
致謝



本文編號：3785671