氨基化碳量子点与二氧化钛复合催化性能研究

利用反应釜制备碳量子点并通过氨水和乙二胺使其表面氨基化,在水热反应条件下制备二氧化钛,然后将氨基化碳量子点与二氧化钛复合得到复合催化剂。氨基化碳量子点荧光强度增强;复合催化剂的荧光猝灭,可见光区吸收增强。在可见光的照射下单独的量子点和二氧化钛没有明显的催化作用,而复合催化剂加快了亚甲基蓝的降解。氨水修饰的碳量子点与二氧化钛复合能够在15 min内降解完亚甲基蓝,乙二胺修饰的碳量子点与二氧化钛复合只需要10 min,由此可见氨基化量子点与二氧化钛复合能够促进对可见光的利用。

表面改性碳量子点/二氧化钛复合光催化剂的制备

以硫酸钛溶液为前驱体,通过水热法合成锐钛矿相纳米二氧化钛。以乙二醇为碳源,采用水热法合成碳量子点,并用氨水、乙二胺、氯化亚砜分别对碳量子点进行表面改性。然后在真空干燥箱中将改性的碳量子点与二氧化钛复合,制备出复合光催化剂。通过荧光光谱(PL)、X射线衍射(XRD)对样品形貌、晶粒尺寸、荧光性质进行分析。

碳量子点-二氧化钛复合光催化剂的研究进展

随着社会的快速发展,环境污染与能源短缺问题日益突出。光催化技术可以利用太阳能降解水体或大气中的污染物,也可用于催化制氢等,是解决环境污染与能源短缺问题最有效的手段之一。二氧化钛(TiO_2)具有光催化活性高、化学性质稳定、价廉、无毒等优点,是当前应用最为广泛的光催化剂。然而,TiO_2的带隙过宽且光生电子与空穴易再结合,因而在光催化领域的应用受到限制。在过去的10多年中,研究者们发展出了一系列方法尝试提高TiO_2的光催化活性,包括量子点敏化、有机染料敏化、TiO_2晶型与形貌的调节、表面贵金属沉积、过渡金属离子掺杂与非金属离子掺杂等。量子点敏化是将TiO_2与量子点复合,从而调节TiO_2的能带宽度,拓宽对光的响应范围。不过,敏化所用的量子点大多含有有毒重金属离子,严重威胁环境与人体健康,这促使许多学者致力于找寻更安全无毒的荧光纳米材料。碳量子点(CDs或CQDs)是一种新型的荧光碳纳米材料,由sp^2/sp^3杂化碳原子组成,表面具有各种官能团。与传统的量子点相比,CDs拥有原料来源广泛、理化性能稳定、无毒、生物相容性好、易于功能化修饰、抗光漂白等优点。此外,CDs还具有光诱导电子转移能力、光敏性以及荧光上转换效应等特性,在光电化学与光催化领域具有良好的应用潜力。将CDs与TiO_2复合制成CDs-TiO_2光催化剂,一方面材料毒性低,克服了传统量子点毒性高的缺点;另一方面能有效抑制光生电子与空穴的再结合,增强对紫外光的吸收并且拓展对可见光甚至近红外光的吸收,从而提高材料的光催化活性。当前研究主要从调控TiO_2与调控CDs两方面入手来提高CDs-TiO_2光催化剂的活性,其中前者主要包括TiO_2晶型和晶面的调节、TiO_2的形貌调控与TiO_2的杂化改性;CDs的调控主要包括CDs的杂化改性、CDs粒径与负载量的调节。本文基于CDsTiO_2复合光催化剂当前的研究进展,分析了可能的光催化机理,重点阐述了针对以上几种调控手段的研究结果,最后介绍了CDsTiO_2的制备方法与当前应用现状,并对未来的发展趋势进行了展望。

碳量子点敏化二氧化钛复合光催化剂的制备与光催化降解苯酚

为了解决二氧化钛光催化剂存在的禁带宽度大和量子效率低的问题,利用具有优异光吸收性能和电子转移能力的碳量子点改性二氧化钛,可以大幅度提高二氧化钛的光催化性能。本文以富勒烯碳灰为原料,利用混酸回流法制备了一种发黄蓝光的碳量子点,然后采用一步水热法将碳量子点负载于二氧化钛制备了复合光催化剂。借助高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见光光谱(UV-vis)、荧光光谱、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段对碳量子点和复合光催化剂进行表征,并以苯酚作为模拟废水进行光催化降解实验,结果表明,与纯二氧化钛相比,用碳量子点改性的二氧化钛对苯酚的去除率可提高60%,且其具有较好的稳定性与重复使用性,6次循环利用后仍可达到初次的97.8%。

氮碳量子点/二氧化钛复合整理粘胶织物光催化协同构效

为提高服装面料在太阳光下的光催化自清洁性能,采用柠檬酸和尿素制备氮碳量子点(N-CQDs),并通过水热法与纳米二氧化钛(TiO_(2))共同整理粘胶织物,制备出太阳光响应复合光催化纺织品。借助扫描电子显微镜、红外光谱仪、紫外-可见分光光度计等对整理前后的粘胶织物进行表征,测试其光学吸收性、光催化降解脱色性和稳定性,研究N-CQDs、TiO_(2)及其复合体系降解罗丹明B的协同构效机制。结果表明:在模拟日光下催化降解罗丹明B 5 h时,经N-CQDs/TiO_(2)整理的粘胶织物脱色率为76.5%,比经TiO_(2)整理粘胶织物的脱色率(51.3%)提高了49.1%,且循环降解6次后,脱色率仍能达到62.34%。

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。

碳量子点改性纳米二氧化钛的制备及其光催化降解壬基酚聚氧乙烯醚的性能研究

以柠檬酸为碳源,以1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐离子液体为表面修饰剂,一锅热解法制备了离子液体修饰碳量子点(L-CQDs),再通过简单的水热法将L-CQDs负载到TiO2纳米颗粒上。以表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)溶液为模拟废水,研究了L-CQDs/TiO2复合光催化剂的光催化性能。傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征结果证明L-CQDs负载到TiO2纳米颗粒的表面上;固体紫外-可见吸收光谱结果表明,L-GQDs/TiO2相比于TiO2纳米颗粒在可见光区域的吸收得到了明显增强;光催化结果表明,复合光催化剂3%L-CQDs/TiO2在500W氙灯照射下降解0.05g/LTX-10溶液3h时,复合光催化剂对TX-10的降解率最高可达83.5%,比TiO2纳米颗粒高26.6%;重复使用5次后复合光催化剂的光催化活性保持不变。

碳量子点敏化二氧化钛纳米管阵列光催化降解草甘膦废水

草甘膦作为全球用量最大的农药品种,产生的废水造成了巨大的环境污染。光催化氧化技术具有操作方便、反应温和、降解完全等优势。二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)结构独特、比表面积大,成为近年来备受关注的一种光催化剂,但其仅能吸收387 nm以下的紫外光,应用受到限制。本论文首先采用阳极氧化法制备了TNTAs,水热法制备了碳量子点(CQDs),然后恒温水浴制备了CQDs敏化的CQDs/TNTAs复合光催化剂,并利用紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪、扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪等对该样品进行了表征。通过草甘膦的光催化降解反应对复合光催化剂进行活性评价。实验结果表明3次敏化后的CQDs/TNTAs对草甘膦降解活性是TNTAs的1.98倍。CQDs敏化一方面提高了TNTAs对可见光的吸收,另一方面与TNTAs建立了异质结,有助于光生电子-空穴的分离和传输,减少了光生空穴-电子对的复合,从而提高了光催化性能。

基于硫化镉量子点-二氧化钛复合材料的Hg2+光电化学生物传感器研究

以硫化镉量子点-二氧化钛(CdS QDs/TiO2)复合材料作为光电转换单元,构建了汞离子(Hg^2+)光电化学(PEC)生物传感器。将两种不同带隙无机半导体CdS QDs和TiO2偶联以提高电极的性能,当用特定波长的光激发CdS QDs时,处于价带(VB)的电子(e^-)跃迁至导带(CB),并在价带上产生空穴(h+)。由于TiO2的导带低于CdS QDs,激发态电子跃迁至TiO2,导致电子-空穴对(e^--h+)的空间分离,有效抑制了它们的复合,从而提高了光电转换效率。利用两条互补的短链DNA构建了Hg^2+传感器,其中一条富含T碱基的DNA单链因与Hg^2+特异性结合形成T-Hg^2+-T结构,无法与金纳米粒子标记的另一条DNA单链配对,进而抑制光电流的下降,实现了对Hg^2+的灵敏检测。本方法的线性范围为1.0×10^-10~1.5×10^-7 mol/L,检出限为6.0×10 ^-11 mol/L(S/N=3),灵敏度高,选择性好。

碳量子点荧光猝灭法检测铁离子

以甘油为碳源,采用一步水热法合成稳定性高,水溶性好的蓝色荧光碳量子点,基于Fe^(3+)对碳量子点的荧光猝灭效应,建立一种快速、选择性检测Fe^(3+)的新方法。研究表明,Fe^(3+)对碳量子点的荧光猝灭程度与Fe^(3+)浓度在0.005~1.2 mmol/L内呈良好的线性关系(R^2=0.995),检出限为2.2μmol/L。将其应用于补铁药中铁含量的测定,标准偏差为0.41 mg/tablet,加标回收率为95.5%~101.0%,其结果与邻二氮菲法测定结果相符。

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。

碳量子点双光法检测溶液中的钴离子

发现合成的碳量子点加入钴离子后溶液变成绿色,在650 nm处有紫外吸收,适用检测范围为0.8~35 mmol/L,方程式为y=0.007 46x+0.219 51,R^(2)=0.998 2;当钴离子浓度为0.04~6 mmol/L能猝灭碳量子点的荧光,浓度的对数与F_(0)/F比值呈现线性相关系数R^(2)=0.996,线性方程为:y=0.565 3x+1.739 6。因此,当钴离子浓度为0.8~6.0 mmol/L时,此碳量子点能达到双光法检测溶液中的钴离子,通过加标回收自来水样验证双光法检测有效。

氮、硫双掺杂荧光碳点制备及用于铁离子检测研究

目的建立基于荧光碳点快速检测铁离子的新方法。方法以邻苯二胺和Na_(2)SO_(4)为前驱体,采用水热法制备氮、硫双掺杂荧光碳点,对碳点的形貌、表面官能团以及光学性能等进行表征;同时制备了荧光碳点功能化纸基芯片,利用碳点的荧光淬灭实现铁离子快速检测。结果成功合成了氮、硫双掺杂荧光碳点,碳点的荧光强度与铁离子浓度在1×10^(-3)~20 mM范围内呈良好的线性关系(r^(2)=0.9812),检测限为0.066μM,血清加标回收率为99%~106%,RSD值小于4%;利用荧光碳点功能化纸基芯片,实现对铁离子的可视化检测。结论该方法简便、快捷,特异性好,对于开发成本低的铁微量元素检测方法具有重要参考价值。

基于氮掺杂碳量子点的水体氟离子选择性荧光开启检测

本论文以柠檬酸为碳源、尿素为氮源,通过水热法制备了氮掺杂碳量子点(NCDs),将其作为荧光探针用于检测水体中的氟离子(F^(–)).利用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、荧光光谱等表征手段分析了NCDs的结构和光谱学性质.考察了探针检测氟离子的灵敏度、稳定性和选择性,及其在天然水体样品中的适用性.结果表明,NCDs可在紫外光激发下产生蓝色荧光,且具有较高的荧光量子产率(41%).NCDs富含羧基、羟基等含氧官能团,可与铝离子(Al^(3+))发生反应,这一过程会导致其荧光淬灭;而F^(–)与Al^(3+)的配位反应可置换出与NCDs结合的Al^(3+),使NCDs的荧光恢复,产生荧光“开启”效应.NCDs荧光恢复的程度与F^(–)浓度线性正关系(R2=0.995),表明该方法可用于定量检测F^(–).进一步研究显示,NCDs在检测F^(–)时具有较快的响应时间(约1.0 min)、较宽的线性范围(20—300μmol·L^(-1))、较低的检出限(0.65μmol·L^(-1))和良好的选择性(水体常见阴阳离子对检测过程的影响低于5%).此外,NCDs还具有良好的稳定性,在中性到弱碱性环境(pH 6.0—9.0)中均能有效检出F^(–).在实际水体分析过程中,NCDs显示了良好的F^(–)加标回收率(88.2%—105.0%)和检测精密度(相对标准偏差低于3.0%),表明其具有较好的应用潜能.

基于花生皮的碳量子点的制备及在铜离子检测中的应用

本实验以生物质材料花生皮为原料,采用一步水热法制备荧光碳量子点。对制得的碳量子点分别进行了红外与荧光光谱测试。并对合成条件进行优化,结果发现,在合成温度为140℃、pH值为5的条件下反应6h制得的碳量子点荧光效果最佳。用其检测浓度梯度为1×10^(-6)mol·L^(-1)的Cu^(2+)溶液,有明显的荧光猝灭现象,改变反应体系的pH值,荧光猝灭现象并没有太大的波动,说明反应体系的pH值变化并不影响二者的相互作用。碳量子点溶液与Cu^(2+)溶液在12min后荧光强度基本不变,表明二者相互作用基本完成。该方法合成碳量子点绿色环保、原料丰富,符合当代环保、可持续发展的理念,具有广阔的前景。

碳量子点的研究及重金属离子检测应用

碳量子点材料具有低生物毒性、良好的生物相容性、优异的光学性质且原材料易于获得、成本低,易修饰光色易调节,因此常被应用于传感与检测。本文阐述了碳量子点的常用制备方法和发光原理,介绍了碳量子点在检测重金属离子方面的优势,并描述了近年来碳量子点材料的研究进展及其在重金属离子检测方面的应用。最后,对碳量子点材料的发展前景进行了简要展望,以期为设计与制备性能更加优异的碳量子点材料提供有意义的理论指导。

大肠杆菌一步水热法制备氮掺杂碳量子点及其在铁离子检测中应用

以大肠杆菌沉淀物为前驱体,采用水热法(180℃)一步合成水溶性好、pH稳定性和抗盐性突出的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)。通过透射电子显微镜、动态光散射和傅立叶红外光谱对N-CQDs进行了表征,N-CQDs呈圆球状,粒径均一,大小4.1 nm,分散良好,表面含大量亲水基团;采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱考察其光学性能,结果表明, Fe^(3+)离子可对N-CQDs选择性荧光猝灭,在0.58 nmol/L～100μmol/L浓度范围内,荧光猝灭程度与Fe^(3+)浓度呈良好的线性关系,检出限为0.58 nmol/L,回收率为93.9%～108.7%;同时考察了pH值、含盐量、金属离子共存对Fe^(3+)测定的干扰,结果表明,本方法适用于含盐量较高、pH值变化范围较大、共存金属离子多样的近海海水中Fe^(3+)的选择性荧光检测。

绿色前体合成的碳量子点荧光猝灭法快速检测药物中痕量铁离子

以樟树叶粉末作为前体,通过水热法一步合成了碳量子点,并以其作为荧光探针建立了检测Fe^(3+)的荧光法。结果表明,在320 nm激发波长下,加入Fe^(3+)反应后碳量子点溶液的荧光强度与未加Fe^(3+)的碳量子点溶液的荧光强度比F/F0与Fe^(3+)浓度在2.72×10^(-5)~1.00×10^(-4)mol/L范围内呈良好的线性关系(R2=0.9912),检出限为8.16μmol/L,将其应用于补铁药中铁含量的测定时,加标回收率为93.08%~105.05%。该碳量子点的制备方法简便快速,原料环保易得,用于Fe^(3+)检测线性良好,灵敏度较高,选择性较好,可用于实际补铁药中铁含量的分析。

荧光碳量子点的绿色合成及高灵敏高选择性检测汞离子

本实验以苹果汁为原料,通过一步水热法合成得到了水溶性好及稳定性高的蓝色荧光碳量子点。研究发现Hg2+对碳量子点荧光有良好的猝灭作用,从而建立了一种快速检测Hg2+的新方法。实验发现在pH 7.0磷酸盐缓冲介质中碳量子点荧光猝灭强度与Hg2+浓度在5~100 nmol/L和1~50μmol/L范围内呈线性关系,检出限为2.3 nmol/L(S/N=3)。本方法可用于实际水样中Hg2+的测定。

基于D-果糖合成的碳量子点用于金属离子的检测

以D-果糖为碳源,L-赖氨酸为钝化剂,采用一步微波法成功制备了类球状的荧光碳量子点(CQDs)。借助高分辨电子透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)光谱、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光光谱等手段对样品的结构和光学性能进行表征。结果表明制备了尺寸均一、分散性良好、表面含有丰富含氧基团的发蓝色光的CQDs,其具有激发依赖性。研究结果表明,在pH=3.5的HAc-NaAc缓冲溶液中,稳定性较好的CQDs可用于金属离子Fe^3+、Ag^+和Cu^2+的检测。