简述碳纳米管碳纳米管氧化改性与其荧光传感性能

摘要：碳纳米管和石墨烯等碳基纳米材料除具有纳米材料的共同性质外,比如：表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,它们还具有独特的导电性、高机械强度、大的比表面积和特殊的光学性质,由此近年来一直受到科学家们的广泛关注。碳纳米管的分散性不足是阻碍其进行实际运用的首要不足,由此对碳纳米管进行修饰改性,使其具有良好的分散性能是碳纳米管潜在运用探讨的首要任务。目前,科学家们主要通过对碳纳米管进行物理非共价修饰和化学共价修饰的策略对其进行处理,使之在水中或有机溶剂中具有较好溶解或者分散的能力。尽管如此,探讨进一步提升碳纳米管分散性能的简单有效策略仍然是目前的首要任务之一,这对能够碳纳米管的性质探讨和潜在运用有着重要的作用。探讨发现,碳纳米管具有较强的近红外荧光性能,可广泛用于生物传感和生物造影领域。但是,目前碳纳米管的可见荧光性能仍然是不清楚的。探讨碳纳米管的可见荧光性能不仅可以深入了解碳纳米管的光谱特性,而且有助于基于碳纳米管可见荧光的新型化学传感器的开发。本论文采取混酸氧化法对多壁碳纳米管和单壁碳纳米管进行氧化改性,制备得到的氧化碳纳米管不仅具有较好的分散性,而且可以体现出较强的可见荧光性能。基于氧化碳纳米管的可见荧光性质,氧化碳纳米管可以用于pH值的响应和金属离子的识别。本论文还系统探讨了不同氧化程度的多壁碳纳米管的荧光性能及其在传感领域的运用。主要内容如下：1.探讨了混酸氧化改性的多壁碳纳米管的光学性质及在金属离子传感中的运用。将纯化后的多壁碳纳米管用混合浓酸氧化处理,制得氧化改性后的多壁碳纳米管,经实验发现,氧化多壁碳纳米管在水中具有良好的分散能力,并且分散能力与水溶液的pH值具有相关性。相比于原始碳纳米管,氧化多壁碳纳米管具有较强的绿色荧光,并且其荧光强度随着溶液pH值的增大而增强。基于其可见荧光性质,氧化多壁碳纳米管还可以用于区分主族和过渡金属离子。2.探讨了混酸氧化改性的单壁碳纳米管的光学性质及在金属离子传感中的运用。提出了一种简单有效单壁碳纳米管的化学修饰策略,该策略可以使单壁碳纳米管很好地分散于水中,解决了单壁碳纳米管在水溶液中的难分散不足。进过化学修饰的单壁碳纳米管体现出较好的荧光性能,并且该荧光性能可以对pH和金属离子做出很好的响应,这为相关pH和金属离子荧光传感器的构建提供了基础。探讨发现,氧化单壁碳纳米管还具有新颖的系列持续自激发发射现象,为可调制的荧光传感器的开发提供了探讨基础。3.可调变的多壁碳纳米管和石墨烯纳米片可见荧光材料的制备及其对重金属离子的识别探讨。采取化学氧化法对多壁碳纳米管进行不同氧化程度的处理,制备得到部分氧化的氧化多壁碳纳米管和尺寸不同的氧化石墨烯纳米片。探讨表明,所制备荧光材料可发出不同颜色的可见荧光,并且其可见荧光随着氧化程度的增强而逐渐红移,以而呈现绿色到橙红色的荧光。这表明通过氧化程度的不同可以调控所制备荧光材料的荧光颜色,为可调制的荧光传感器的构建提供了思路。基于荧光材料的可见荧光颜色和强度的变化,这些荧光材料可用于定性区分溶液的酸碱度和对重金属离子镉离子的识别。关键词：多壁碳纳米管论文单壁碳纳米管论文可见荧光论文传感论文

摘要4-6

ABSTRACT6-12

1 绪论12-25

1.1 碳基纳米材料介绍12-18

1.1.1 碳基纳米材料的概述12-14

1.1.2 碳基纳米材料的制备策略14-16

1.1.3 碳基纳米材料的性能16-18

1.1.3.1 力学性能17

1.1.3.2 电学性能17

1.1.3.3 热学性质17

1.1.3.4 光学性能17-18

1.2 光致发光机制18-20

1.2.1 荧光原理18-19

1.2.2 碳纳米管的荧光机制19-20

1.3 碳基纳米材料光致发光的探讨近况20-22

1.4 碳基纳米材料的传感性质22-23

1.5 本论文探讨内容23-25

2 氧化多壁碳纳米管的荧光及其传感性能探讨25-43

2.1 前言25-27

2.2 实验部分27-29

2.2.1 实验仪器27

2.2.2 实验药品27-28

2.2.3 实验策略28-29

2.2.3.1 预处理多壁碳纳米管28

2.2.3.2 实验表征28-29

2.2.3.3 量子产率的计算29

2.3 样品形貌表征29-31

2.4 pH对氧化改性多壁碳纳米管的分散性影响的探讨31-33

2.5 氧化改性多壁碳纳米管的荧光性能33-35

2.6 氧化改性多壁碳纳米管对pH的荧光传感性能35-39

2.7 氧气对氧化改性多壁碳纳米管荧光强度的影响39-40

2.8 金属离子对氧化改性多壁碳纳米管的荧光性能影响40-41

2.9 本章小结41-43

3 氧化单壁碳纳米管的荧光及其传感性能探讨43-58

3.1 前言43-44

3.2 实验策略44-46

3.2.1 实验仪器44

3.2.2 实验药品44-45

3.2.3 实验策略45-46

3.2.3.1 氧化处理单壁碳纳米管45

3.2.3.2 实验表征45-46

3.2.3.3 量子产率的计算46

3.3 样品形貌表征46-49

3.4 pH对氧化改性单壁碳纳米管的分散性影响的探讨49-51

3.5 氧化单壁碳纳米管的荧光性能51-52

3.6 氧化改性单壁碳纳米管对pH的荧光传感性能52-54

3.7 氧气对氧化单壁纳米管荧光性能的影响54-55

3.8 金属离子对氧化单壁碳纳米管的荧光性能影响55-56

3.9 本章小结56-58

4 多种荧光颜色多壁碳纳米管氧化产物的制备及其荧光性能探讨58-72

4.1 前言58-60

4.2 实验策略60-62

4.2.1 实验仪器60

4.2.2 实验药品60-61

4.2.3 实验策略61-62

4.2.3.1 不同氧化程度多壁碳纳米管产物的制备61

4.2.3.2 实验表征61

4.2.3.3 量子产率的计算61-62

4.3 不同氧化时间多壁碳纳米管氧化产物的形貌表征62-66

4.4 不同氧化时间多壁碳纳米管氧化产物的荧光性能变化66-67

4.5 多壁碳纳米管氧化产物对pH值的传感性能67-69

4.6 重金属离子对不同氧化时间产物的荧光性能的影响69-71

4.7 本章小结71-72

5 结论与展望72-74