碳量子点荧光纳米探针检测重金属离子研究进展

碳量子点(CQDs)作为荧光纳米探针用于重金属离子检测,具有操作简单、成本低、准确性高和快速响应等特点。介绍了CQDs荧光纳米探针检测重金属离子的荧光淬灭机理,总结了影响CQDs荧光纳米探针性能的主要因素,指出了目前CQDs荧光纳米探针检测重金属离子中存在的问题,最后展望了CQDs荧光纳米探针未来的发展前景。

碳量子点/纳米金复合物的合成及其对重金属离子的特异性检测

碳量子点/纳米金复合物用于检测印染废水中的铅离子。碳量子点/纳米金优化合成条件为:温度180℃,时间6 h。对合成的碳量子点/纳米金复合物进行红外光谱、紫外光谱、X射线光电子能谱结构表征。加入谷胱甘肽后,碳点会发生红色-蓝色-红色的颜色变化,可用于铅离子(Pb^(2+))的可视分析。铅离子的线性回归方程为:y=-42.07x+302.43,R^(2)=0.9941,检出限为0.19μg/L。将该碳量子点/纳米金复合物用于印染废水中Pb^(2+)的快速检测,加标回收率为95.5%~101.6%,方法简便、快捷。

碳量子点修饰的二氧化钛纳米片阵列薄膜的构筑及光电化学性能

为了提高纳米二氧化钛(TiO 2)的光电化学性能,首先采用水热法,以稀盐酸、钛酸丁酯和氟钛酸铵作为原料,在掺杂氟的氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了(001)面主导的TiO 2纳米片阵列薄膜。通过电化学腐蚀法制得均一、稳定、高活性碳量子点(carbon quantum dots,CQDs),再通过电泳法将CQDs修饰到TiO 2纳米片阵列薄膜表面,形成CQDs/TiO 2纳米片阵列复合材料。利用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和紫外可见光谱(UV-vis)对复合材料的形貌、晶型、表面元素成分和光吸收能力进行表征,通过电化学工作站测试复合材料的光电化学性能。结果表明:CQDs/TiO 2复合材料为锐钛矿晶型,形貌规整均匀;CQDs修饰后TiO 2纳米片的最大吸收波长由388 nm增加到576 nm,光化学能转化率高达2.38%,光电流是TiO 2纳米片的8倍,交流阻抗减小,具有非常优异的光电化学性能。

基于荧光共振能量转移的金纳米粒子/碳量子点荧光纳米探针检测精氨酸

利用碳量子点(CQDs)和金纳米粒子(Au NPs)间的荧光共振能量转移(FRET)效应成功实现了精氨酸的快速检测。采用一步微波辅助法合成具有优良荧光性能的碳量子点(CQDs),并对Au NPs/CQDs复合材料进行相应表征,分析了其猝灭和检测机制。对Au NPs/CQDs的添加量、p H值和反应时间进行了优化。在优化条件下,将此荧光体系用于精氨酸含量的检测,结果表明,荧光强度和精氨酸浓度在0.1~10.0μmol/L范围内呈良好的线性关系(R^2=0.993),检出限为5.8 nmol/L。采用本方法测定了葡萄汁中精氨酸的含量,回收率为105.4%~110.8%,表明本方法可用于果汁中精氨酸的实际检测。

贵金属纳米粒子/碳量子点复合材料的制备及应用

贵金属纳米粒子/碳量子点纳米材料结合了贵金属纳米粒子和碳量子点的优点,是一种非常有前途的功能材料。近年来,国内外对其制备方法及应用研究逐渐增多,已广泛应用于表面增强拉曼光谱、传感、催化和抗菌等方面。碳量子点表面含有丰富的基团,既可以作为电子供体也可作为电子受体,在贵金属纳米粒子的制备中已经得到了很好的应用,制备过程高效、环保且形态可控。本文概述了近年来银纳米粒子/碳量子点和金纳米粒子/碳量子点复合纳米材料的制备方法及其应用,并对前景进行了展望。

单晶二氧化钛纳米棒阵列的修饰及其在量子点敏化太阳电池中的应用(英文)

使用TiCl4溶液对单晶TiO2纳米棒阵列(TNRs)进行修饰,通过在TiO2纳米棒表面合成TiO2纳米颗粒来提高TNRs的表面积,提高TNRs对量子点的吸附能力,并在此基础上研究了TiCl4修饰时间对基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池光伏性能的影响,同时结合强度调制光电流谱(IMPS)研究了TiO2纳米棒阵列的电子传输性能.结果表明:TiCl4修饰可以大幅提高基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的光伏性能,在TiCl4修饰时间为60 h时,其短路电流密度和光电转换效率分别由修饰前的(2.93±0.07)mA·cm-2和0.36%±0.02%提高至(8.19±0.12)mA·cm-2和1.17%±0.07%.同时,IMPS测试表明电子在单晶TiO2纳米棒阵列中的传输速率高于在TiO2纳米颗粒薄膜中的传输速率,证明了单晶TiO2纳米棒阵列在电子传输方面的优越性.

掺杂碳量子点的二氧化硅纳米管的合成与表征

为了得到掺杂碳量子点的二氧化硅纳米管,首先将有机硅烷前驱体在软模板剂P123作用下通过水解、晶化过程合成形貌、结构清晰的有机氧化硅纳米管,再在高温下对其进行碳化,即可得到掺杂碳的二氧化硅纳米管。采用场发射透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附脱附等温线（BET）、热重（TG）、拉曼光谱（Raman spectrum）和荧光光谱（photoluminescence spectrum）等表征手段对掺杂碳的二氧化硅纳米管的结构与特性进行表征、分析。结果表明,通过高温碳化,制备了具有介孔管状结构的掺杂碳的二氧化硅纳米管。最后用氢氟酸处理除去二氧化硅,发现剩余物为大小约2-4nm的碳纳米颗粒,该颗粒具有清晰的晶格条纹和荧光发光性能,证明了合成的纳米管中的碳为碳量子点。

银纳米粒子/碳量子点荧光传感器构建与应用

基于荧光共振能量转移效应构建银纳米粒子(Ag NPs)/碳量子点(CQDs)荧光传感器,用于氨苄青霉素(AMP)的快速检测。实验结果表明:CQDs将能量转移给Ag NPs,导致CQDs荧光猝灭,而加入氨苄青霉素使CQDs荧光得到恢复。在优化实验条件下,体系荧光恢复值与氨苄青霉素浓度在4. 0~48. 0μg/m L范围内呈良好的线性关系,检出限为0. 1μg/m L。该荧光传感器用于氨苄西林胶囊中氨苄青霉素含量的测定,回收率为98. 0%~104. 5%,表明该荧光传感器可用于药物中氨苄青霉素含量的定量检测。

碳量子点修饰氮化碳提高光催化活性

采用液相超声法制备了氮掺杂碳量子点(N-CQDs)/石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合光催化材料。通过SEM、XRD、IR、XPS和UV-Vis对样品的形貌、结构、组成和光学性能进行表征,以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察其光催化活性。结果表明:N-CQDs与片状g-C_3N_4间通过杂化作用形成了复合物;与单一相的g-C_3N_4相比,N-CQDs/g-C_3N_4复合光催化剂表现出更高的光催化活性,其中0.5%-N-CQDs/g-C_3N_4样品具有最高的光催化活性,其速率常数是纯g-C_3N_4的2.5倍。光催化性能的增强原因归结于:N-CQDs高度分散在g-C_3N_4表面并形成界面间较强的杂化作用,及N-CQDs上转换性能和良好的电子传输能力与g-C_3N_4光催化性能的协同作用。

金纳米棒调控碳量子点荧光探针的构建与分析

以金纳米棒对碳量子点荧光发射行为的调控为基础,构建了高稳定性和选择性的新型复合纳米荧光探针。实验以柠檬酸铵和乳糖为原料一步水热法制备碳量子点,采用种子生长法以氯金酸、硼氢化钠和十六烷基三甲基溴化铵为原料两步合成不同长径比的金纳米棒,并对分析材料性能进行了表征。结果表明:碳量子点平均粒径6 nm,最大激发和发射波长为335和440 nm,荧光量子产率17.6%;不同长径比(R=8~15)的金纳米棒对碳量子点有不同程度的荧光猝灭,其中R=15的金纳米棒在508 nm处有最大紫外吸收,对碳量子点的荧光猝灭最强,调节体系盐浓度可实现荧光恢复,成功建立新型荧光探针,解决了碳量子点荧光性能易受其他物质干扰的问题,提高了探针的选择性。

碳量子点/金纳米复合材料荧光增强法测定废水中苯酚

以碳量子点(CQDs)与氯金酸作用制得碳量子点/金(CQDs/Au)纳米复合材料,并分别采用紫外可见分光光度计、荧光分光光度计和傅立叶变换红外光谱仪对CQDs/Au进行了表征。根据苯酚可使CQDs/Au在445nm处的荧光明显增强,建立了荧光增强法测定水样中苯酚含量的新方法,同时对CQDs/Au与苯酚相互作用的条件进行了优化。于pH=4.35B-R缓冲溶液存在的条件下,在最大激发/发射波长为342nm/445nm处测定体系的荧光强度,结果表明:苯酚浓度在6.0×10^(-6)～9.0×10^(-5) mol/L范围内与体系荧光强度呈线性,相关系数为0.9952,方法检出限为5.4×10-6 mol/L。将实验方法应用于测定药厂废水样中苯酚的测定,测得结果与光度法基本一致,相对标准偏差(RSD,n=5)为1.8%～2.1%,回收率为94%～101%。

碳量子点的润滑机制及其作为润滑添加剂的研究进展

碳量子点作为一种新型的零维碳基纳米材料,具有体积小、可设计性强、生物相容性高、分散性和稳定性好、合成方式多和成本低等优势,被认为是一种绿色、高效的润滑材料。许多研究已证实碳量子点作为润滑添加剂具有出色的摩擦学性能。综述碳量子点作为润滑添加剂的润滑机制、功能化的研究进展,总结碳量子点作为润滑添加剂在水基润滑剂、润滑油、润滑脂以及水凝胶中的应用研究现状,展望碳量子点作为新型润滑添加剂的前景和研究方向。充分利用分子动力学模拟技术来探究碳量子点作为润滑添加剂的润滑机制,同时强化碳量子点的多功能性研究,并探索碳量子点与其他添加剂之间的兼容性,是未来的研究重点。

碳量子点的抗菌机制与促成骨效能研究进展

碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)是一种新型生物荧光碳纳米材料,易合成、易被修饰,具有良好的生物相容性、化学稳定性和丰富的光电特性等优良性能。同时,其在抗菌和促成骨方面也显示出极大的优势。本文主要对CQDs的常见性能特点进行综述,总结了其抗菌疗效、抗菌机制和促成骨分化潜能,并探讨了其在口腔感染性颌面骨缺损治疗领域的应用前景。

柠檬基碳量子点/铜纳米团簇比率型荧光探针对环境水中Hg^(2+)检测的应用

本文以新鲜柠檬汁为碳源,利用一步水热法合成了具有荧光性能良好的荧光碳量子点(CQDs)和谷胱甘肽封端的铜纳米簇(CuNCs).由荧光光谱分析可知,在同一激发下,CQDs和CuNCs分别在420 nm和650 nm处有明显特征荧光发射峰值.将二者按一定比例构建了CQDs-CuCNs双荧光探针,并用于水环境中汞离子的荧光检测.结果发现,Hg^(2+)加入CQDs-CuCNs双荧光体系后,该荧光探针在420 nm处荧光发射峰值下降,但在650 nm处荧光发射峰值略微上升.将该双荧光探针的荧光发射峰值的比值I650/I420(在650 nm处与420 nm处的荧光发射峰值的比值)与汞离子浓度进行线性回归,结果在Hg^(2+)浓度25—400 nmol·L^(-1)范围内呈现良好线性(R2=0.9965),检出限为13.0 nmol·L^(-1).该荧光探针对湖水和污水厂出水中Hg^(2+)均未检出,但实际样品加标回收率在94.12%—103.31%之间,相对标准偏差均小于4.52%,表明该方法适用于实际水样中汞离子的快速检测.

碳量子点负载TiO_2纳米棒阵列的光电化学性能

研究了碳量子点负载的Ti O2纳米棒阵列光阳极的光电化学过程和光催化行为。实验发现碳量子点的引入使Ti O2纳米棒阵列在可见光区域的吸收强度增强,对可见光的响应电流提高3倍,光照下的开路电位增加了2.5%,光生载流子的转移和传输能力得到相应提高。光阳极对亚甲基蓝的降解特性显示,碳量子点的引入使Ti O2纳米棒在可见光照射下的催化效率由25%提高到33%。利用电化学交流阻抗谱(EIS)、MottSchottky曲线讨论了光影响下的电荷运动过程,表明Ti O2纳米棒阵列负载碳量子点后的电荷转移电阻减小,电子寿命增加;碳量子点的负载使Ti O2纳米棒的平带电位负移,导带位置提高,电子的还原能力增强。

一步法制备高量子产率碳点/金复合纳米粒子

研究了碳点与氯金酸质量比对Cdot-Au的粒径、形貌和紫外可见吸收等性能的影响,利用透射电子显微镜、红外光谱、X射线衍射和热重分析等对Cdot-Au的粒径、结构和组成进行了表征,并考察了Cdot-Au的荧光性能。结果表明,随着碳点用量增加,Cdot-Au的粒径逐渐减小至2 nm并趋于均匀;当碳点和氯金酸质量比为3∶1时,制备的Cdot-Au的量子产率高达34.7%,并保持了碳点的荧光寿命和激发独立性等荧光性能。该工艺简便可行、反应条件温和且绿色环保,所制备的碳点/金复合纳米粒子具有量子产率高、尺寸小、生物毒性小和耐光漂白等特点。

碳量子点-纳米TiO_(2)复合光催化剂对污水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为了开发高效的重金属离子可见光催化剂,以枸杞为碳源采用微波法制备碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),以三氯化钛溶液为前驱体,通过水热法制备纳米TiO_(2),并用硅烷偶联剂(KH-540)对纳米TiO_(2)表面进行改性,将改性后的纳米TiO_(2)与枸杞碳量子点复合制备出复合光催化剂(CQDs/TiO_(2)),并在含Cr(Ⅵ)废水pH值=3及pH值=7的条件下研究了CQDs/TiO_(2)对紫外光和可见光作用下的催化性能。研究结果表明:无论是紫外光还是可见光,初始pH值=3时CQDs/TiO_(2)和纳米TiO_(2)对溶液中Cr(Ⅵ)的催化去除率均比pH值=7时高;在初始pH值=3,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,CQDs/TiO_(2)投加量1 g/L的条件下,Cr(Ⅵ)的可见光催化去除率可达61%,比单独TiO_(2)提高了20%。该碳量子点-TiO_(2)复合光催化剂的制备可明显提高溶液中Cr(Ⅵ)的去除,可为污水中其他重金属离子的去除提供参照,具有显著的研究意义。

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。

碳量子点磁性纳米复合材料的制备与表征

采用一步法在高压反应釜中合成了粒径均一、荧光性能优异的碳量子点(CQDs)。再以化学共沉淀法制备纳米Fe_3O_4粒子,通过聚多巴胺(PDA)修饰制备得Fe_3O_4/PDA。本实验首次以PDA为桥梁,将Fe_3O_4纳米颗粒与CQDs连接,合成了以CQDs为荧光材料的多功能复合微球Fe_3O_4/PDA@CQDs。经过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射、振动样品磁强计、透射电子显微镜及荧光分光光度计等对该纳米复合物表征。结果表明:CQDs粒径约10nm,连接后的复合纳米粒子粒径在40nm左右,分散性良好且兼具优异的磁响应性和荧光发光性能。该复合微球无毒且生物相容性高,可以取代半导体量子点磁性纳米复合材料并广泛应用于药物分离、可视化和靶向治疗等生命科学领域。

金纳米团簇/碳量子点比率型荧光探针在Pb^(2+)检测中的应用

合成了金纳米团簇(GSH-Au NCs)和碳量子点(CDs)2种荧光纳米材料,分别对其进行光学、形貌表征。进一步构建金纳米团簇/碳量子点比率型荧光探针,根据Pb^(2+)对CDs/Au NCs荧光探针的高选择性荧光增强作用,将CDs作为参比探针,GSH-AuNCs作为响应探针,利用GSH-AuNCs(_(580)nm)与CDs(_(450)nm)的荧光强度比值(F=F_(580)/F_(450))的变化情况来高灵敏度的检测Pb^(2+)含量。在浓度为20~700 nmol/L围内,CDs/Au NCs荧光探针检测Pb^(2+)的线性方程为F_(580)/F_(450)=0.00897[Pb(Ⅱ)]+2.7277(R^(2)=0.9946),LOD=3.9 nmol/L,并对该比率型荧光探针的构建和检测机制进行了探究。最后将该探针应用于实际水样中Pb^(2+)的检测,加标回收率在90.7%~117.1%,说明该探针具有潜在的应用价值。