量子新型荧光纳米材料合成与性质结论

摘要：近年来,由于荧光探针在化学传感、生物检测及光学元件等领域的广泛的需求,荧光纳米材料得到人们前所未有的重视。相比于传统的荧光染料,荧光纳米材料不仅具有较高的荧光强度和优越的光稳定性,而且具有纳米材料特有的量子效应、小尺寸效应等性质,以而可以弥补传统的荧光染料无法克服的缺陷,为化学、物理、医学和生物领域都带来新的进展机遇。目前探讨最热、进展最快的当属半导体量子点和碳量子点两类荧光纳米材料。无机半导体量子点由于荧光强、粒径小、光稳定性好,因而倍受人们青睐,所以探讨此类量子点的新型制备和表面修饰策略具有重要作用。但是,因为这类量子点含有Cd、Pb、Hg等重金属离子,毒性较大,进展不含毒重金属的新型荧光材料也是当前的进展走势之一。碳点及有机物聚合物荧光纳米材料由于其较低的生物毒性和稳定的化学性质,已成为人们关注的焦点。本学位论文工作采取新颖的一步光化学合成法制备了高量子产率的水溶性CdTe(S)三元混晶结构的量子点,并通过一步光化学法制备了表面聚合物修饰的CdTe(S)量子点；通过一步溶剂热的策略制备了纯粹的聚合物荧光纳米材料,利用水热法改性炭黑获得了高量子产率的荧光碳纳米材料,并对这些荧光纳米材料的性质进行了系统表征。本学位论文共分为五章。第一章：简单介绍了纳米材料的概念,着重介绍了半导体量子点、碳量子点点等荧光纳米材料的进展背景、制备策略、表面修饰及在多个领域的运用。第二章：通过一步光化学合成法制备了高量子产率的水溶性CdTe(S)量子点,该法只需将氯化镉溶液、新鲜制备的碲氢化钠溶液及巯基乙酸按照一定的比例混合,直接置于500W高压汞灯下照射25分钟,即可制得量子产率高达80%的量子点。所合成的量子点的平均粒径小,约为2.2nm,是一种Cd、S、Te三元混晶结构的量子点。这种一步光化学合成法操作简便快捷,适合大批量合成。第三章：利用一步光化学合成法制备了聚合物修饰的CdTe(S)量子点,将量子点的合成与聚合物的包覆合为一步,半小时内即可制得量子产率≥74%的聚合物修饰的量子点。并且通过调节反应条件可以方便的转变量子点的荧光颜色,以而制得绿色、、橙色、红色等不同颜色发射的CdTe(S)量子点。本章共分两节,分别为采取一步光化学合成法制备N-(3-二甲氨基丙基)丙烯酰胺(DPMA)聚合物包覆的量子点和聚丙烯酸修饰的量子点。我们通过MTT(噻唑蓝)细胞实验和大肠杆菌实验证明聚合物修饰的量子点的生物毒性显著降低。另外,DPMA聚合物修饰的量子点对溶液pH值的响应非常灵敏,以而可以用来检测溶液的pH值。而通过HTB-95637膀胱癌细胞的细胞成像试验可知,丙烯酸修饰的量子点可以吸附在细胞膜上。第四章：主要以三聚氰胺和二醛类化合物为起始单体,基于西弗碱反应,通过简单的一步溶剂热反应制备了具有强荧光的纯聚合物纳米颗粒。本章共分为两节,第一节主要利用三聚氰胺和乙二醛反应制备了一种发射强烈的近白色荧光的聚合物纳米材料,量子产率为22%。通过调节激发波长,可以转变纳米颗粒的发射光谱,以而发出白色,蓝色,绿色,,橙色和红色等不同颜色的荧光。第二节主要利用三聚氰胺与戊二醛的聚合反应制备了另外一种聚合物纳米材料,可以发出很强的绿色荧光。第五章：本章主要通过一种经济温和的水热合成法,利用商品化炭黑作为起始原料,乙二醇作为钝化剂,硝酸作为氧化剂,制备了高量子产率(QY=25%)的荧光碳点。此碳点的发射波长随激发波长的红移而不断红移,并发出蓝色、绿色、、橙色、红色等不同颜色的荧光。碳点的纳米颗粒粒径较小,只有2-3nm,可以穿透植物细胞的细胞壁、细胞膜和核膜进入细胞核,以而可以用来特异性标记细胞核。关键词：光化学法论文量子产率论文水溶性量子点论文表面修饰论文聚合物纳米材料论文荧光碳点论文

中文摘要4-6

Abstract6-14

第一章 绪论14-52

1.1 引言14

1.2 半导体量子点14-38

1.2.1 量子点概述14-15

1.2.2 量子点的光学特性15-19

1.2.3 量子点的合成策略19-24

1.2.4 量子点的表面修饰24-32

1.2.5 量子点的运用32-38

1.2.5.1 量子点在光电领域的运用32-33

1.2.5.2 量子点在生物医学领域的运用33-38

1.3 碳点38-46

1.3.1 碳点定义及进展情况38-39

1.3.2 碳点的性质39-40

1.3.3 碳点的制备40-43

1.3.3.1 “自上而下”合成策略40-42

1.3.3.2 “自下而上”合成策略42-43

1.3.4 碳点的运用43-46

1.3.4.1 生物成像43-44

1.3.4.2 金属及含氧酸根离子的浅析检测44-45

1.3.4.3 生物探针45

1.3.4.4 用于修饰薄膜电极45-46

7

4.2.2.6 原子力显微镜(AFM)照片117-118

4.2.2.7 三聚氰胺/乙二醛的摩尔比对反应结果的影响118-121

4.2.2.8 反应时间的影响121-124

4.2.2.9 共振瑞利散射光谱124-125

4.2.2.10 热重浅析(TGA)125-126

4.2.2.11 溶剂对产物荧光的影响126

4.2.2.12 聚合物纳米材料的荧光寿命126-127

4.2.2.13 聚合物纳米材料的凝胶电泳浅析127-130

4.3 第二节 一步溶剂热制备三聚氰胺-戊二醛聚合物荧光纳米材料130-140

4.3.1 实验部分130

4.3.1.1 试剂130

4.3.1.2 三聚氰胺-戊二醛聚合物纳米材料的制备策略130

4.3.1.3 表征130

4.3.2 结果与讨论130-140

4.3.2.1 三聚氰胺/戊二醛的摩尔比对荧光和吸收光谱的影响130-134

4.3.2.2 反应时间的影响134-135

4.3.2.3 傅立叶变换红外谱图135-136

4.3.2.4 ~(13)C和~(15)N固体NMR136-137

4.3.2.5 高分辨透射电镜(HRTEM)照片137-138

4.3.2.6 热重浅析(TGA)138-139

4.3.2.7 三聚氰胺-戊二醛聚合物纳米材料的荧光寿命139-140

4.4 结论140-141