黑枸杞荧光碳点的合成及其性质研究.pdf
《黑枸杞荧光碳点的合成及其性质研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《黑枸杞荧光碳点的合成及其性质研究.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、doi:10.11920/xK.2024.01.007Vol.50 No.1Journal of SouthvwestMinzuUniversity(Natural Science Edition)第50 卷第1期Jan.20242024年1月西南民族大自然科学版黑枸杞荧光碳点的合成及其性质研究郭天琨,彭谢惠,刘强,易文(西南民族大学化学与环境学院青藏高原污染控制化学与环境功能材料国家民委重点实验室,四川成都6 10 0 41)摘要:以生物质黑枸杞为前驱体,采用一步水热法制备出荧光碳量子点材料.通过红外光谱、X射线衍射(X-Raydif-fraction,XRD)、ED S(En e r g
2、y D i s p e r s i v e Sp e c t r o me t e r)能谱、核磁共振波谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等对碳点的结构、尺寸、化学组成及光学特性进行了表征.结果表明,合成的碳点有类似石墨烯量子点的晶面结构,尺寸分布在13nm之间,表面存在大量氨基、羧基、羟基等水溶性基团,具有良好的水溶性.碳点溶液在36 5nm紫外光照射下呈明亮的蓝色荧光,其荧光量子产率为34.46%,且有着较好的光学稳定性.基于Hg+、A g*对碳点的快速、选择性猝灭,建立了定量测定水中Hg2+、A g*含量的新方法,其检测限分别为36.97 M和2 7.0 4M.该碳点溶液还可应用于多种基质
3、表面的潜指纹快速显现,为刑侦领域和案件侦破等方向提供了多种可能.关键词:荧光碳点;黑枸杞;离子检测;指纹识别中图分类号:0 6 57.3;TB383文献标志码:A文章编号:2 0 95-42 7 1(2 0 2 4)0 1-0 0 52-0 9Preparation and)offiuorcentcarbon dots by lycium ruthenicunGUO Tian-kun,PENG Xie-hui,LIU Qiang,YI Wen-jing(Key Laboratory of Pollution Control Chemistry and Environmental Functio
4、nal Materials for Qinghai-Tibet Plateau of theNational Ethnic Affairs Commission,School of Chemistry and Environment,Southwest Minzu University,Chengdu 610041,China)Abstract:Fluorescent carbon quantum dots were prepared by one-step hydrothermal method using biomass Lycium ruthenicum berriesas precur
5、sor.The structure,size,chemical composition and optical properties of carbon dots were characterized by infrared spectrosco-py,X-ray dffraction(XRD)spectrum,energy dispersive spectrometer(EDS)energy spectrum,nuclear magnetic resonance spectrum,UV/Vis absorption spectra and fluorescence emission spec
6、tra.The results showed that the synthesized carbon dots had a similar crys-tal structure to that of graphene quantum dots,and the size distribution was between 1 nm 3 nm.There were a large number of wa-ter-soluble groups such as amino,carboxyl and hydroxyl groups on the surface of carbon dots,which
7、made for good water solubili-ty.The carbon dots solution had good optical stability and showed bright blue fluorescence under 365 nm ultraviolet light irradia-tion.Its quantum yield was 34.46%.Based on the rapid and selective quenching of carbon dots by Hg?+and Ag*,a new method forthe quantitative d
8、etermination of Hg2+and Ag*in water was established.The limits of detection were 36.97 M and 27.04 M,re-spectively.The carbon dots solution could also be applied to the rapid appearance of latent fingerprints on a variety of substrate sur-faces,providing a variety of possibilities for the field of c
9、riminal investigation and case detection.Keywords:fluorescent carbon dot;lycium ruthenicum;ion detection;fingerprint荧光碳点(Carbondots,CD s)是一种粒径小于10nm的新型碳纳米材料,通常由碳质骨架和表面官能团组成.因其具有优异的生物相容性、低毒性、水溶性且造价低廉、来源广泛,在纳米材料中有很好的应收稿日期:2 0 2 3-0 6-15作者简介:易文婧(198 7-),女,高级实验师,博士.研究方向:新型碳纳米材料.Ema i l:y w j s w u n.e d
10、 u.c n基金项目:中央高校基本科研业务费专项基金项目(No.ZYN2023096),四川省科技项目应用基础项目(No.2019YJ0260),国家自然科学基金青年科学基金项目(No.21702174)期53第郭天琨,合成及其性质研究杞灰光碳点的合用前景.它还具有出色的荧光性能,而正是因为这些优点,使它被科研人员广泛应用到各个领域,例如发光二极管,光学传感器,水质检测,环境监测,还可以作为新型荧光探针被广泛地应用于生物医学和光电学领域等2 .近年来,碳点的制备、应用和性质等研究已经取得了很大的进展,也在生活中得到了广泛的应用.碳点具有的荧光淬灭或增强特性,可构建荧光探针,从而达到对金属离子、
11、阴离子或者分子间的灵敏性检测,是碳点应用中最重要且最广泛的领域之一.此外,因制备的荧光碳点所用的碳源不同,导致荧光碳点的结构和表面官能团不同,可以实现对不同的金属离子进行灵敏性检测.目前碳点已经成功应用于Ag*、H g+、Cu+、Fe 3+等金属离子的检测3-6 除了对金属离子的灵敏性检测,碳点还常常被用于指纹识别.2 0 15年Fernandes及其同事报道了纳米级碳点粉末中混合大量的二氧化硅、二氧化钛、锂皂石、白色指纹粉来得到均匀分散、超低浓度的固相碳点(低于1%)并首次将碳点应用于潜指纹增强及犯罪现场的指纹检测7 .2 0 19年,Yang等报告了共轭低聚物掺杂的二氧化硅纳米粒子在潜指纹
12、检测中表现出很高的发光性能8 .因为其增强了对指纹的亲和力,甚至可以检测具有荧光背景的底物,比如塑料和纸张.Algarra等制备了P掺杂的碳量子点9,并用于潜指纹高效成像,在手机屏幕、信用卡的磁带和金属表面等不同表面上都能够获得良好的潜指纹成像效果.目前,指纹检测常用的方法包括粉末法、喷雾法、小微粒悬浮液法、转印法等10-13碳点的制备原料来源广泛,既可以是人造碳源(蜡烛煤烟、对苯二胺、乙二胺等14-16 】),也可以是天然产物(散沫花、青柿子、金华佛手柑、甘薯、芒果叶、枸杞、茴香种子、羊毛、蚕蛹、虾等17-2 6 ).实际上,绿色环保的天然产物相比于人造碳源,在制备碳点方面有更大的优势,逐渐
13、成为碳点研究的热点.因为天然产物具有良好的生物相容性,并且是可再生的.且天然产物中含有丰富多样的杂原子(如氮、磷、硫、氧和硼等)和碳水化合物、脂类、蛋白质、水和矿物质等多种天然成分,这有利于在不添加外部元素的情况下制备杂原子掺杂的碳点.可以将低价值的生物质废料转化为高附加值的材料.掺杂不同价态的杂原子能够改变碳点内部的电子结构,调节碳点的荧光性能(发光颜色和量子产率等)2 7 .这些优势使得以天然生物质为前驱体制备碳点的研究受到越来越多的关注.黑枸杞营养物质丰富,富含许多活性成分,为碳点的合成提供了C、N、O 等元素以及丰富的水溶性官能团等.因此,本研究以黑枸杞作为制备荧光碳点的生物质原材料,
14、选用水热法反应合成得到荧光碳点,测定碳点的结构、性质.研究共存离子对碳点荧光强度的影响,将其用于环境中重金属离子的检测或其他离子的定性、定量分析.还可利用其优良的荧光性能将其用于指纹显现成像,为指纹检测、刑侦等领域的发展提供新思路.1实验部分1.1实验试剂与仪器实验试剂:黑枸杞,成都当地市场;甲酰胺,成都市科隆化学有限公司;硫酸奎宁,上海阿拉丁生化科技有限公司;硝酸银,安耐吉化学;氯化钠,天津市致远化学试剂有限公司;汞元素标准溶液,国家有色金属及电子材料分析测试中心.实验仪器:电子天平,北京赛多利斯;电热鼓风干燥箱,上海一恒;台式高速冷冻离心机,四川蜀科;冷冻干燥机,宁波心芝生物科技;pH计,
15、上海梅特勒-托利多;荧光光谱仪,HORIBA;傅里叶变换红外光谱仪,ThermoNicolet;X射线衍射仪,北京普析;粒度及电位分析仪,Malvern;场发射式扫描电子显微镜日本电子;核磁共振波谱仪,美国安捷伦1.2碳点的合成称取1g黑枸杞至50 mL水热合成反应釜中,加人2 0 mL甲酰胺,混匀后放人2 40 的电热鼓风干燥箱中水热反应8 h.反应后静置、冷却至室温,离心机离心15min(8000r/min)后用0.2 2 m微孔过滤器过滤,除去直径较大的颗粒后得到黑棕色溶液.再使用截留分子量为350 0 Da的透析袋在UP水中连续透析15h(每1h换水一次),最后将溶液放人冷冻干燥机冷冻
16、干燥40 h.得到黑枸杞荧光碳点固体产物0.2657g,产率2 6.57%,并放人冰箱低温保存.在305nm波长下,分别测定不同稀释浓度的黑枸杞荧光碳点溶液和硫酸奎宁溶液的紫外吸光度以及荧光发射强度,得出其荧光发射峰的积分面积.计算出黑枸杞荧光碳点的量子产率为34.46%.54第50 卷西南民族大自然科学版)oU=OFstandardAstandAuFstandFunstand(1)2公式(1)中,U:碳点的荧光量子产率(%);Fsta:硫酸奎宁的荧光量子产率(%)(30 5nm55%);F、Fs t a n d:碳点和硫酸奎宁的荧光发射峰积分面积(a.u.);A、A s t a n d:碳点
17、和硫酸奎宁在激发波长处溶液的吸光度;nmstand:碳点和硫酸奎宁的折射率(本文m=1).1.3碳点的结构表征取少量固体碳点与溴化钾一起研磨成细粉状,装人载样片并压成片状,运用傅里叶红外光谱仪,得到红外光谱图(见图1A).取少量固体碳点放人载样片压实,放人X射线衍射仪进行检测,得到XRD谱图(见图1B).运用场发射式电子扫描显微镜,得到其EDS能谱图(见图1C).使用核磁共振波谱仪和粒度及电位分析仪,得到核磁共振谱图(见图1D)和粒径分布图(见图1E).1.4碳点的性质测试1.4.1碳点的光学性质测试称取固体碳点配置成浓度为0.1mg/mL的碳点溶液,测碳点的紫外可见吸收度和在2 90 340
18、 nm的激发波长下的荧光发射强度,得到紫外吸收光谱图(见图2 A)和荧光光谱图(见图2 B).1.4.2碳点的稳定性测试配制一系列浓度为10-4 2 mol/L的NaCl溶液,取10 0 L的1mg/mL碳点溶液于2.9mL不同浓度的NaCl溶液中,测其反应30 s后在最大激发波长310nm下的荧光发射强度,得到NaCl溶液浓度与碳点最大荧光发射强度的关系图(见图3A).随后取100L的1mg/mL碳点溶液于2.9mLUP水中,测其0 18 0 min内在最大激发波长310 nm下的荧光发射强度,得到时间与碳点最大荧光发射强度的关系图(见图3B).配制pH为1.0、3.0、5.0、7.0、9.
19、0、11.0的标准溶液,取10 0 L的1mg/mL碳点溶液于2.9mL不同pH的标准溶液中,测其反应30 s后在最大激发波长310 nm下的荧光发射强度,得到pH与碳点最大荧光发射强度的关系图(见图3C).1.4.3碳点与共存离子反应情况测试配制110-3mol/L的2 0 种常见的阴阳离子进行实验,包括12 种阳离子(Hg*、A g*、Fe 3+、Cu*、2+Cr3+、K+、A 13+、Ca?+、Na*、M g*、M n+、Zn+),8种阴离子(S2-、CI、NO 3-、SO 2-、SCN、I、F、NO 3-).各取100L的离子溶液于2.8 mL的UP水中,再分别加人10 0 L的1mg
20、/mL的碳点溶液,在310 nm的最大激发波长下测定其最大荧光发射强度F,并运用(F。-F)/F。的公式(F。为10 0 L的1mg/mL的碳点溶液加人2.9mLUP水的最大荧光发射强度),得到了共存离子对碳点的荧光猝灭情况图(见图4).随后又对荧光猝灭情况较好的两种离子Ag*、H g+进行进一步的研究.配制了一系列浓度为45 40 0 mol/L的Ag*溶液,并取10 0 L的1mg/mL的碳点溶液分别与2.9mL不同浓度的Ag*溶液混合,反应30 s后测其在310 nm最大激发波长下的最大荧光发射强度F,并运用(F。-F)/F。的公式,得到不同Ag*浓度对碳点的荧光猝灭情况图(见图5B).
21、又配制了一系列浓度为6 5 40 0 mol/L的Hg+溶液,并取10 0 L的1mg/mL的碳点溶液分别加人2.9mL不同浓度的Hg+溶液中,反应30 s后测其在310 nm最大激发波长下的最大荧光强度F,并运用(F。-F)/F。的公式,得到不同Hg+浓度对碳点的荧光猝灭情况图(见图6B).比较Ag*、H g+两种离子的荧光猝灭效果,选用荧光猝灭效果最好的Hg+溶液来研究时间对碳点荧光猝灭效果的影响.取10 0 L的1mg/mL的碳点溶液加入2.9mL浓度为110 3mol/L的Hg+溶液中,在猝灭时间为0.5、1、5、10、15、2 0、2 5、30 min时,测定碳点溶液的最大荧光发射强
22、度F,并运用(F。-F)/F。的公式,得到同一Hg+浓度下时间对碳点的荧光猝灭情况图(见图7).1.5碳点的应用为研究碳点溶液的指纹成像效果,我们选择采用浸泡法进行实验.用洗干净的手指在脸上富含油脂的地方摩擦,然后轻轻将指纹印在铝片、硬币、玻璃这三种材料上,放人1mg/mL的碳点溶液5min,随后取出,轻轻冲掉表面溶液并吹干,用36 5nm紫外灯照射,观察其指纹成像.接着我们用喷雾法进行对比实验,按照上述印制好的指纹,将配置好的碳点溶液装人喷瓶中,距离印有指纹的载体3cm处连续多次喷洒溶剂,待静置1min后用超纯水冲洗去载体表面多余的碳点材料,吹风机吹干后用36 5nm紫外灯照射,观察其指纹成
23、像.期55第郭天琨,枸杞荧光碳点的合成及其性质研究300AB10025023817520078815050C-N1403100335332072550-OH或-NH16703500300025002000150010001020304050607080Wavenumbers(cm)20(degree)MapSumSpectrumCZn4444222222D222290-80708080-40-3020-1009.085&07.87.0&0504.03.83.02820160.61SizeDistributionbyNumberE403020100.110100100010000Size(d.n
24、m)(A):红外光谱图;(B):XRD 谱图;(C):ED S能谱图;(D):核磁共振谱图;(E):粒径分布图图1黑枸杞荧光碳点结构表征图Fig.1Structural characterizations of Lycium ruthenicum fluorescent carbon dots56第50 卷西南民族大自然科学版2结果与讨论2.1碳点的结构表征图1A为黑枸杞荧光碳点的红外光谱图,其在3353cm、16 7 0 c m l、140 0 c m 处有较强吸收峰,归因于-OH或-NH、C=O、C-N的伸缩振动所引起的.表明合成的黑枸杞荧光碳点表面含有羟基、氨基、羧基等水溶性基团,使碳点
25、具有良好的水溶性.图1B是黑枸杞荧光碳点的XRD图,在2 0=2 5.58 处有一个衍射峰,其与石墨烯量子点的(0 0 2)面相对应,说明该碳点与石墨烯的(0 0 2)晶面有相似的结构.图1C为黑枸杞荧光碳点的EDS能谱图,表1为黑枸杞荧光碳点EDS元素分析表.由图1C、表1可知,碳元素含量为64.50%,氮元素含量为2 8.58%,氧元素含量为6.33%,表明该黑枸杞荧光碳点中含有C、N、0 等多种元素.图1D为黑枸杞荧光碳点的核磁共振谱图.谱图中7 9ppm左右的特征宽峰与苯环结构的核磁共振化学位移相对应,1 3ppm左右的特征宽峰与亚甲基、甲基的核磁共振化学位移相对应.因原料中含有蛋白质
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 枸杞 荧光 合成 及其 性质 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。