开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
1、 研究背景
纳米碳点(Carbon dots,CDs),又称碳量子点,呈类球形,粒径在 2-10 nm 左右。与传统的半导体量子点相比,纳米碳点作为新型纳米材料,具有超越传统材料的优异性能,如荧光强度高、光学性质稳定、抗光漂白性强、激发光谱宽且连续、激发和发射波长均可调控等特性,还具备合成原料来源丰富、制备方法简单及易于功能化修饰等优势。与有重金属毒性的传统的半导体量子点相比,碳点还具有生物毒性低和生物相容性好的优势。荧光碳点具有类似石墨烯的结构,经掺杂后结构可能会改变。
与半导体量子点检测机制类似,CDs与待测组分的作用机制也是通过改变其表面电子空穴对之间的复合效率,促使体系荧光强度的猝灭或增强,进而实现对待测物的定性或定量分析。
通常制备CQDs可分为初始CQDs的合成、CQDs的钝化及CQDs的功能化修饰这三个步骤。其中初始CQDs的合成方法又主要分为两大类:自上而下和自下而上。本课题采用的是自下而上法中的高温水热合成法合成碳点,因为相较于自上而下合成法,该途径能够通过分子前驱物的选择搭配、制备条件的合理调控来更好地调节荧光碳点的成分、尺寸和荧光性质,虽然该方法通常需要较长的反应时间,但合成的碳纳米点大多具有较高的量子产率。通过此法制得的样品一般都含有多种物质的混合物,需要经过进一步的纯化才能获得高性能的CQDs。
但单纯的碳点存在着诸多的限制和缺点,如:能量转化低、难以回收和重复利用等。复合材料的研究已成为新材料研究领域的主要趋势,利用碳源与含N、S元素的化合物(如半胱氨酸)反应,即可得到氮硫共掺杂碳点,可解决上述问题。
2、 国内外研究现状(文献综述)
到目前为止,已经报道的制备CDs的原料和方法多种多样,因而所合成的CDs的性质各异,已被应用于包括荧光传感、生物成像、癌细胞识别、药物运载、光电应用等在内的多种领域。
2.1荧光传感
与传统的半导体量子点相比,CDs与被分析物之间的相互作用可以改变表面电子空穴对的复合效率,从而导致CDs荧光的增强或猝灭,实现对分析物的定性或定量分析。段俊霞利用乙二胺为碳源,以氨基磺酸为钝化剂,采用一步微波法快速、简便的合成了同时掺杂氮硫的碳纳米点。基于抗坏血酸可以将 Cu2 还原成 Cu ,进而猝灭 NS-CDs 的荧光的原理,建立了荧光探针法测定抗坏血酸的新方法[1]。 邱国峰等发现当Hg2 存在时,NS-CDs水溶液能发生明显的荧光淬灭,向 NS-CDs-Hg2 体系中加入谷胱甘肽(GSH)或半胱氨酸(Cys),可观察到溶液的荧光明显恢复,设计了一种“on-off-on”荧光探针用于 GSH和Cys的检测,最低检出限分别能达到 27nmol/L 和15nmol/L[2]。
