氮掺杂碳点的制备及在离子和pH检测中的应用.pdf

中文摘要

作为一种新型的荧光碳材料，碳点（Carbondots:CDs）具有优异的光致发光（PL）

性能。近年来，CDs的发展迅速，在化学、生物学和环境科学等诸多方面均取得了巨

大的进步。CDs在生物传感、生物成像、荧光墨水、治疗和光催化等领域的应用已成

为研究的热点。尤其是传感领域，在检测金属离子、阴离子、药物分子、酶活性和pH

等方面，CDs具有高选择性、高灵敏度、线性范围宽、低检出限（LOD）等优点。

首先，简要概述CDs及其发光机理。同时阐述了用于合成氮掺杂CDs的各种原

料、常见的合成方法、特殊的光学性质以及在分析化学中的应用。此外，对立题背景，

研究内容和创新点进行了简要阐述。

（1）以对苯二甲酸和二硫代乙二酰胺为反应前体，在碱性条件下合成了蓝色荧

光碳点（B-CDs）。实验结果表明，所制备的B-CDs具有优异的光学性质、良好的稳

定性和水溶性。基于动态猝灭效应（DQE），Pb2+可以显著猝灭B-CDs的荧光，成功

构建了一种有效、简单的Pb2+荧光检测方法。B-CDs对Pb2+具有快速灵敏的响应，

检测范围为0.99-26.04μmol/L，LOD为0.09μmol/L（S/N=3）。该荧光传感方法也可

以用于橙汁和牛奶中Pb2+的检测。

（2）以邻苯二胺和对氯苯甲酸为前驱体，制备了黄色荧光碳点（Y-CDs）。通过

研究发现，Y-CDs的荧光强度在4.0-7.4和7.4-10.6的范围内表现出pH响应，且具

+

有良好的线性关系。基于电子转移和静态猝灭效应（SQE），Ag可以显著猝灭Y-CDs

的荧光，在1.46-32.25μmol/L的线性范围内实现定量测定，LOD为0.25μmol/L。由

+

于具有优异的生物相容性，Y-CDs也可用于Hela细胞内的pH和Ag监测。这些结

果表明Y-CDs在荧光传感和生物成像方面具有巨大的应用前景。

（3）尽管现在已经出现了可用于实际应用的焦磷酸盐（PPi）检测方法，但是大

多数方法缺乏直接的检测要求和操作便利性。本研究以使用中性红和硫代氨基脲为

原料，简便合成了橙色发射碳点（O-CDs）。所制备的O-CDs的最佳发射波长为600

nm（λ=520nm），并发出明亮的橙色荧光。O-CDs对PPi表现出优异的选择性和灵

ex

敏性，在2.95-85.60μmol/L范围内呈良好的线性关系，LOD为0.42μmol/L。重要的

是，O-CDs表现出了优异的实际应用效果，已成功用于检测湖水和牛奶中的PPi，回

收率令人满意。O-CDs在细胞生物成像实验和荧光墨水领域中也表现出了理想的效

果。

I

最后，对本论文的工作进行了简要的总结，并对CDs未来的研究方向做出了展

望。

关键词：氮原子掺杂碳点；pH传感；离子传感；生物成像

II

ABSTRACT

Asanewtypeoffluorescentcarbonmaterial,carbondots(CDs)haveexcellent

photoluminescence(PL)properties.Inrecentyears,CDshavedevelopedrapidlyandmade

greatprogressinmanyaspectssuchaschemistry,biology,andenvironmentalscience.The

applicationsofCDsinsensing,imaging,fluorescentink,therapy,andphotocatalysishave

drawn