石墨相氮化碳量子点的合成与改性及其在光催化中的应用进展

石墨相氮化碳量子点作为众多氮化碳的一员,由于其优异的光学性质,在光催化、生物技术应用以及光电器件展现出巨大的应用潜力。特别是它有可调谐的光致发光和上转化发光,这为充分利用太阳光提供了有力保障,促进了其在光催化领域的具体应用。目前,关于氮化碳量子点的综述比较少,而且集中在具体应用上,综述了量子点的合成、光学性质、改性以及在光催化氧化与还原的应用,并提出了石墨相氮化碳量子点基光催化剂的展望。

沸石咪唑酯骨架材料/石墨相氮化碳量子点/乙酰胆碱酯酶复合物定量检测小鼠脑组织中的乙酰胆碱

以二水合乙酸锌、2-甲基咪唑、石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs,7mg)和乙酰胆碱酯酶(AchE)为起始原料,采用一锅法制备了沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)包载g-CNQDs和AchE的酸度敏感型复合物ZIFs@g-CNQDs@AchE,并和患阿尔茨海默病(AD)小鼠的脑组织样品在pH 7.4磷酸盐缓冲溶液中室温反应2.5h,在380nm激发波长下测量体系在475nm处的荧光强度,用于测定乙酰胆碱(Ach)的含量。结果显示,合成的复合物呈十二面体结构,平均粒径约300nm,加入Ach后,Ach渗透进入复合物,被AchE催化生成乙酸,体系酸度增加,复合物结构瓦解,g-CNQDs释放,475nm处出现明显的荧光发射峰。Ach的浓度在5.5~82.5mmol·L^(-1)内和对应的体系荧光强度呈线性关系,检出限(3S/N)为1.83mmol·L^(-1);常见的干扰物质(葡萄糖、多巴胺)以及干扰离子(Fe^(2+)、Fe3+、Cu^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+))对Ach的检测无干扰,复合物的特异性较高;按照标准加入法对阳性实际样品进行回收试验,成功检出了Ach,回收率为93.2%~112%,测定值的相对标准偏差(n=5)为0.82%~3.4%。构建的酸度敏感型复合物可作为一种潜在的载体,用于AD诊疗。

类石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)用于水质中三硝基苯酚的检测

基于类石墨相氮化碳量子点（g-CNQDs）建立了一种高效、灵敏、简单的荧光化学传感器用于检测水相中的三硝基苯酚（TNP）。g-CNQDs是一种新型纳米半导体材料,具有很好的水溶性、生物相容性、环境友好、良好荧光特性,无毒性,通过简单的固相反应法,制备了g-CNQDs材料,探讨了g-CNQDs与TNP之间的相互作用（如π-π共轭作用、氢键相互作用和静电作用）引起的g-CNQDs荧光猝灭过程。此荧光传感器响应速度快,对TNP具有良好的选择性。实验结果表明,本方法在0.1~100 nmol/L和0.1~100μmol/L的浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.05 nmol/L（S/N=3）。g-CNQDs材料在化学传感器方面有很好的应用前景,利用此荧光传感器对实际水样中的TNP进行了检测,为监测水环境中TNP提供了新方法。

基于氮化碳量子点和金纳米簇的尿液中胰蛋白酶高灵敏度荧光检测研究

胰蛋白酶生产障碍会阻碍消化过程,在胰腺组织以外产生胰蛋白酶可能涉及癌症过程。胰蛋白酶明显增高可能表明胰腺炎或者慢性肾功能衰竭等病症的发生,它的含量与生命活动息息相关,简单并及时监测胰蛋白酶含量对疾病的诊断具有重要的参考价值。因此,该研究构建氮化碳量子点和金纳米簇(CNQDs和AuNCs)的复合纳米探针检测尿液中胰蛋白酶含量。通过煅烧三聚氰胺获得氮化碳粉末,并将氮化碳粉末作为原材料通过溶剂热法合成了发射峰在440nm的类石墨相氮化碳量子点(CNQDs)。牛血清蛋白(BSA)和CNQDs两者同时作为还原剂和稳定剂合成了金纳米簇(AuNCs),且AuNCs吸附在氮化碳量子点表面形成具有双发射性质的CNQD-AuNCs复合荧光纳米材料,发射波长分别为440nm(CNQD的发射波长)和650nm(AuNC的发射波长)。由于胰蛋白酶能特异性的水解CNQD-AuNCs中的牛血清蛋白,导致牛血清蛋白结构被破坏,从而破坏AuNCs稳定的结构,使得其沉淀聚集,引起荧光猝灭。由于AuNCs产生的650nm处的荧光被猝灭,而CNQDs产生的440nm处的荧光不受影响,CNQD-AuNCs复合荧光纳米探针产生比率型荧光信号响应。利用比率型荧光信号的变化情况,可实现胰蛋白酶的定量检测。CNQD-AuNCs探针在650nm处的荧光强度随着胰蛋白酶浓度的增加而逐渐下降,而440nm处的荧光强度保持不变。胰蛋白酶在一定浓度下(10~400ng·mL^-1)与荧光强度比值(I650/I440)呈良好的线性关系,建立的线性方程为y=2.471-0.004x[y为荧光强度比值(I650/I440),x为胰蛋白酶的浓度(ng·mL^-1)],相关系数(R2)高达0.9976,检测限为1.5ng·mL^-1(3倍信噪比)。利用建立的荧光法检测尿液中胰蛋白酶(实际含量分别为50,100和150ng·mL^-1),检测得到的平均含量分别为52.41,103.25和154.39ng·mL^-1。尿液中胰蛋白酶的回收率和相对标准偏差范围分别为102.93%~104.82%和3.57%~4.16%。结果表明,利用荧光强度比值(I650/I440)作为胰蛋白酶定量检测的信号,能够校正外界影响因素的干扰,克服单一荧光信号易受光漂白、探针浓度、激发光强度以及光程等外界因素的影响的缺点。基于CNQD-AuNCs建立的比率型荧光分析方法能够实现尿液中胰蛋白酶的高灵敏度和高特异性检测,为实际样品中胰蛋白酶的检测提供科学依据。

基于石墨相氮化碳量子点直接荧光猝灭法检测碘离子的研究

石墨相氮化碳(g-C3N4)荧光纳米材料具有原料便宜、制备容易、荧光量子产率高、光学稳定性好、毒性低等优点,并且避免有机荧光染料复杂的合成步骤或者金属半导体量子点对环境潜在的危害,这些优点使得g-C3N4纳米材料成为新兴的荧光探针用于检测金属离子。最近,已有文献报道重金属汞离子能够高灵敏高选择性地猝灭g-C3N4量子点的荧光,加入碘离子能够提取被键合的汞离子形成碘化汞(HgI2)进而恢复g-C3N4量子点的荧光,从而建立一种高灵敏检测碘离子的荧光传感器。然而,该方法依然需要重金属汞离子的参与,限制了该方法的推广应用。通过硝酸氧化块体g-C3N4并结合水热法处理制备了一种水溶性好、荧光强度高的g-C3N4量子点。该量子点的荧光发射波长位于368nm,且其荧光发射波长不随激发波长的改变而改变,表明该量子点的尺寸比较均一。笔者发现碘离子在220nm处有一个较强的吸收峰,与该量子点的激发光谱(中心波长245nm)具有较大的重叠,从而产生内滤效应引起该量子点的荧光发生猝灭。利用这一性质,构建了一种选择性检测碘离子的新型荧光传感器。在最优检测条件下,g-C3N4量子点的荧光猝灭强度(ΔF)与碘离子浓度(X,μmol·L^-1)在10~400μmol·L^-1之间具有良好的线性关系,线性方程为ΔF=0.32579X+6.03905(R^2=0.9995),检出限为5.0μmol·L^-1。通过“混合即检测”并且不需要借助与重金属离子的配位作用就能够检测碘离子,因此该方法具有快速、环保以及操作简便等优点。

溶剂热插层法制备荧光石墨相氮化碳量子点及其在Fe^(3+)检测中的应用

利用溶剂热法,基于氢氧化钾的插层作用制备了荧光氮化碳量子点(g-C_3N_4QDs).所获得的氮化碳量子点具有良好的水溶性和荧光稳定性.透射电子显微镜(TEM)照片显示,氮化碳量子点的粒径约为2.3 nm;X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FTIR)结果表明,氮化碳量子点表面存在大量的亲水基团;荧光发射光谱(PL)结果表明,氮化碳量子点具有激发波长依赖性.基于三价铁离子(Fe^(3+))对荧光氮化碳量子点荧光的猝灭现象,构建了一种用于检测Fe^(3+)的荧光传感器,在Fe^(3+)浓度为5~100μmol/L范围内,检测体系表现出良好的线性关系,检出限约为0.5μmol/L,实现了对Fe^(3+)的高效、灵敏、选择性检测.

石墨相氮化碳量子点敏化Bi_(2)MoO_(6)复合光催化剂的制备及性能研究

近年来拥有奥里维里斯层状结构的钼酸铋(Bi_(2)MoO_(6))作为高效可见光响应的光催化剂,在净化环境和光催化产氢等领域表现出极为可观的前景,然而光生电子-空穴复合率高等缺陷严重影响了其光催化活性。本文将从两个方面对Bi_(2)MoO_(6)的性能进行优化:一方面通过水热法合成Bi_(2)MoO_(6)纳米片;另一方面,通过与石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)构建异质结,促进光生电子-空穴的分离以达到提高光催化活性的目的。结果表明,当g-CNQDs的投料比为15%时,Bi_(2)MoO_(6)/g-CNQDs降解罗丹明B时表现出最高光催化活性,是纯Bi_(2)MoO_(6)的3.89倍。

石墨相氮化碳量子点的制备与应用研究进展

近年来,世界范围内环境污染问题日益加重,能源危机也越来越凸显出来,石墨相氮化碳量子点(graphite phase carbon nitride quantum dots, g-CNQDs)作为一种非金属半导体光催化材料,因其优异的性能引起了广大研究者的关注。g-CNQDs除了用于光催化降解有机污染物和能量转换器件领域外,还凭借其良好的生物相容性、稳定的荧光发射、高量子产率和无毒性等优点在生物医学和荧光探针等领域表现出了巨大的潜能。总结了g-CNQDs的制备方法及其在光催化、能量转换、生物医学等方面的研究进展,介绍了g-CNQDs的最新研究动态,同时为其复合结构设计及性能增强提供新的研究思路。

用于汞离子检测和细胞成像的石墨相氮化碳量子点荧光探针

本文采用一步固相热解法,以尿素作为前体合成了石墨相氮化碳量子点(gCNQDs).利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对g-CNQDs的粒径分布、元素组成、形貌结构和表面官能团进行表征.基于Hg^(2+)淬灭g-CNQDs荧光的现象,构建可用于血样和尿样以及实际水样中Hg2+检测的荧光探针,在2.5~50.0μmol·L^(-1)范围内,Hg^(2+)浓度与g-CNQDs相对荧光强度呈现良好的线性关系,检出限为1.5nmol·L^(-1).在实际样品中检测Hg2+的加标回收率为97.17%~101.13%.g-CNQDs与Hg^(2+)的相互作用机理主要为静态淬灭.该探针也被成功应用于肿瘤细胞成像.

硫化锌量子点/类石墨相氮化碳异质结的制备及应用

采用溶剂热法合成了硫化锌量子点,并成功地与类石墨相氮化碳复合制备了硫化锌量子点/类石墨相氮化碳异质结光电催化剂.通过X射线衍射仪、电子能谱仪、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、紫外可见分光光度计等仪器分别对样品的结构、组成、形貌、光学性能、电学性能进行了表征分析.结果表明:质量比为1∶9硫化锌量子点/类石墨相氮化碳的光催化活性最高,对罗丹明B的降解速率为0.802 4 h-1;在2.5 h时降解率为86.7%,较纯的类石墨相氮化碳降解率提高了45%.同时探究了不同复合方法对复合材料光电催化活性的影响,结果显示,搅拌复合制备的样品光电催化活性明显高于研磨煅烧制备得到的样品.

g-CNQDs@Hg^(2+)开关型荧光探针的制备及其对水环境中碘离子的检测

以汞离子为桥梁,石墨相氮化碳量子点(graphitephase carbon nitridequantum dots,g-CNQDs)为发光体,成功设计了g-CNQDs@Hg^(2+)开关型荧光探针,并将其应用于水中I^(-)的识别和检测.使用硼酸-氯化钾-氢氧化钠溶液为缓冲液,pH值为7.4时,Hg^(2+)对g-CNQDs和I对g-CNQDs@Hg^(2+)荧光探针的最佳响应时间分别为180和60s.在最优实验条件下,g-CNQDs@Hg^(2+)的荧光强度与I^(-)的浓度在0.89~89μmol·L^(-1)范围内呈良好线性关系,I^(-)检出限为0.35μmol·L^(-1).研究结果表明,g-CNQDs@Hg^(2+)荧光探针对I^(-)具有较高的选择性和灵敏性,自来水和食盐中I^(-)的平均回收率分别为87.7%和84.26%,满足实际样品中I^(-)检测的分析要求.

CNQDs/TiO_(2)空心球的制备及光催化性能研究

传统单相TiO_(2)在光催化过程中存在光生载流子复合率高、能带较宽、水相中易团聚等特点。为了提高TiO_(2)的光催化效率,利用简易水热法将氮化碳量子点(CNQDs)负载在TiO_(2)空心球(K-T)上制成CNQDs/TiO_(2)复合材料,并用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行了表征,通过光催化降解罗丹明B(RhB)、对氯苯酚(4-CP)研究了不同CNQDs负载量对CNQDs/K-T复合材料光催化性能的影响。结果表明:利用简易水热法制备了CNQDs/K-T复合材料,其表现出高光催化反应活性且具有良好的稳定性。当CNQDs负载质量为1%时,复合材料对罗丹明B(RhB)和对氯苯酚(4-CP)的光催化降解效率约为传统单相TiO_(2)的3.0倍和3.4倍。

基于创新能力培养的探索型分析科学实验的设计

为了满足分析科学实验教学和学生创新能力培养的需要,以科研课题为基础设计了一项题为"基于氮化碳量子点化学发光法测定多巴胺"的探索型实验,此实验涉及多个基础理论知识,实验现象稳定、重复性好,适用于分析科学的实验教学。相对于分析科学实验课程中基础性实验来说,该实验体现了多学科相互渗透与交叉,适合在学生完成基础性实验后开展,从而加强学生科学素养与创新意识的培养。同时,该实验涵盖较多可供学生自主设计与探索的实验内容,可用于开放式实验教学中,提高学生的创新、研究与实践能力。

仪器分析实验教学中研究型实验的探索

把学科前沿研究成果引入到实验教学课程中是实验教学改革一个重要的研究方向。将科研工作与实验教学相结合,探索了一个由科研课题与成果通过转化而设计的研究型教学实验项目-"基于氮化碳量子点化学发光法检测水中游离氯"。该实验内容涵盖了多个学科的交叉与渗透,具有创新性与实验教学可行性,有利于培养学生的创新能力和实践能力。