基于氨基酸的碳点制备

基于氨基酸的碳点制备 摘 要本论文使用色氨酸和苏氨酸、酪氨酸，合成碳点，通过改变碳源、反应物料比、反应温度在pH等于2的溶剂中制备出不同条件下的碳点（CDs1-CDs8），其中CDs1和CDS2是色氨酸比苏氨酸为1:3,分别在150和180制备的碳点，CDS3和CDS4是色氨酸比苏氨酸为1:1，分别在150和180制备的碳点，CDs5和CDS6是色氨酸比酪氨酸为1:3,分别在150和180制备的碳点，CDS7和CDS8是色氨酸比苏氨酸为1:1，分别在150和180制备的碳点。观察并记录每种碳点在紫外灯照射下的发光颜色及情况，结合荧光光谱探究反应条件对碳点光学性质的影响。结合红外吸收光谱和紫外-可见吸收光谱研究碳点的表面官能团、元素种类。测定碳点的pH依赖性。对金属离子响应检测。以硫酸奎宁为标准物，测定碳点的荧光量子产率。通过上述研究结果得知，色氨酸和苏氨酸更合适用来制备碳点，碳源中所含-OH越多或温度越高时制备的碳点荧光量子产率较高。 关键词：水热法；碳点；激发波长依赖性；荧光量子产率AbstractIn this paper, tryptophan and threonine, tyrosine, synthetic carbon point, by changing the carbon source, reaction material ratio, reaction temperature in the pH equal to 2 solvent prepared under different conditions of Carbon point (CDs1-CDs8), of which CDs1 and CDS2 is tryptophan than threonine 1:3, The carbon points prepared at 150 and 180 respectively, CDS3 and CDS4 were tryptophan than threonine 1:1, the carbon points prepared at 150 and 180 respectively, CDs5 and CDS6 were tryptophan ratio tyrosine to 1:3, respectively, at 150 and 180 to prepare the carbon point, CDS7 and CDS8 were 1:1 carbon dots prepared by tryptophan than threonine, respectively, at 150 and 180 . The luminous color and condition of each carbon point under ultraviolet light were observed and recorded, and the effect of reaction conditions on the optical properties of carbon dots was investigated by fluorescence spectroscopy. The surface functional groups and elements of carbon dots were studied by infrared absorption spectroscopy and ultraviolet-visible absorption spectroscopy. The fluorescent emission spectra were measured by adding the original solution of carbon point to a solution with different pH values. Detect metal ions. Using quinine sulfate as reference, the fluorescence quantum yield of carbon dots was calculated by ultraviolet-visible absorption spectroscopy and fluorescence emission spectroscopy. The results of the above study show that tryptophan and threonine are more suitable for preparing carbon points, and the more-OH contained in carbon sources or the higher the temperature, the higher the fluorescence quantum yield of carbon dots prepared. Key words: hydrothermal method; carbon point; excitation wavelength dependence; fluorescence quantum yield目 录摘要.IAbstract .II目 录 .III目 录 .IV第一章 绪论 . 11.1 荧光碳点的介绍 . 11.2制备原料 . . 11.3制备方法 . . 21.3.1电弧放电法 . 21.3.2电化学法 . 21.3.3微波法 . . 21.3.4水热合成法 . 31.4 碳点的应用 . 31.4.1生物领域 . 31.4.2光催化领域 . 31.4.3检测/传感领域 . 31.5 研究进展 . 31.6 论文选题意义及研究内容 . 4第二章 实验部分 . . . . 52.1仪器与药品 . 52.1.1主要仪器. 52.2.2主要试剂和原料. 62.2 溶液的配制. . 62.2.1 盐酸溶液的配制 . 62.2.2 氢氧化钠溶液的配制 . 62.2.3 不同pH值溶液的配制 . 62.2.4金属离子溶液的配制. . 72.2.5 硫酸奎宁溶液的配制 . 72.3基于氨基酸的碳点的制备. 72.3.1 以色氨酸和苏氨酸为碳源的碳点制备 . 72.3.2以色氨酸和酪氨酸为碳源的碳点制备. 82.4 碳点的表征 . . 82.4.1照射紫外灯. . 82.4.2 测红外吸收光谱. . 82.4.3 测紫外吸收光谱. . 92.4.4测荧光光谱. . 92.5 激发波长依赖性的测定. . 92.6 pH依赖性的测定 . . 102.7金属离子的检测 . . 102.8 测定荧光量子产率. 10第三章 结果与讨论 . 113.1 碳点的光学性质的研究 . 113.1.1在紫外灯下的发光颜色及情况. 113.1.2荧光光谱. . . 113.1.3荧光量子产率. 123.2 碳点的结构表征. 133.2.1 红外吸收光谱 . . 143.2.2 紫外吸收光谱 . . 153.3 激发波长依赖性 . . 163.4 pH依赖性 . . 173.5 金属离子的检测 . 18结论 . . . . 19参考文献 . 20第一章 绪论1.1 荧光碳点的介绍碳点一般由碳，氢，氧，氮组成。碳和氧的含量一般较大,氧元素含量大约在5-50%的范围这种元素组成比例与制备条件和碳点种类相关,也与碳源有关。碳点表面含有许多亲水性官能团,如-COOH、-OH、C=0等,因此,碳点具有非常好的水溶性。为了拓宽碳点的应用范围,人们常常利用这些亲水基团向其表面偶联其他的基团如氨基、巯基等3。在碳点材料的制备方面,激光烧蚀法4、微波辅助法、电化学法等都可以实现碳点的制备,但是碳点表面官能团、结构对其光学性质的影响,以及发光机理还不是十分确定。1.2 制备原料碳元素在地球上存在丰富，理论上许多含碳物质都可以作为原料，合成碳点的原料是多种多样的，不同的原料得到的碳点的性质也会有所差异。合成原料正在向安全，环保的方向发展；制备碳点的原料可以是很多含碳的物质，例如氨基酸，树皮，活性炭，果皮和一些草本植物等6。很多便宜的材料用来制备碳点， 制备方法向设备简单，步骤少，条件可控的方向发展。1.3 制备方法不仅制备碳点的原材料丰富，制备碳点的方法也是多种多样，通过进一步的研究，方法也在不断的改进。从大分子物质制备碳点，可用电弧放电，电化学合成法7等。需要从混合产物中提取分离碳点8。以小分子物质制备聚合物碳点，可用水热法9、微波法、电化学法、燃烧法10等，下面介绍几种常用的合成方法。1.3.1电弧放电法 2004 年，Xu 等11通过电弧放电法制出了荧光碳点，但这种方法制备得到的碳点荧光效率低，产率也较低，同时提纯、分离碳点较为复杂。1.3.2激光烧蚀法 2006 年Sun等12，使用激光消蚀法制备碳点。 2009年Sun等13，也采用激光烧蚀法，进行进一步优化，将碳源石墨分散在有机溶剂中，通过用激光照射该溶液制备碳点，他们发现更换不同的溶剂将得到不同发光颜色的碳点，而且量子产率也有所不同，改进后相比之前更为简便，而且表面钝化和合成碳点一步完成。1.3.3电化学法Zhou等14首次使用电化学方法较为简单的合成了碳点，碳点从多壁碳纳米管剥离下来并且聚集在溶液里，最后提纯得到具有蓝光特性的碳点，而不需要进一步的表面钝化修饰，其颗粒大小为 2.80.5 nm，量子产率达 6.3%，不适合大批量生产；Ming 等15也采用电化学法制备、碳点，以石墨棒、水为原料，施加 1560 V 的直流电压，经过 120 h 石墨棒被腐蚀，得到深黄色溶液，提纯得到碳点，碳纳米颗粒的尺寸可以得到很好地控制，但较耗时。1.3.2微波法微波法是对反应原料在微波条件下进行反应得到碳点，反应因快速、简便，受到很多研究者喜爱，但是此法得到碳点的粒径往往不易控制。Qu 等16采用微波法，将无机离子经过一步微波处理，几分钟后就得到碳点，不需要其他钝化剂，简单、经济和绿色；Zhai 等17，采用微波法，两分钟就得到蓝光碳点，同时对乙二胺的作用进行了详细分析； 1.3.2水热合成法以含碳的化合物为原料，称取一定比例的化合物于烧杯中，加入合适的溶剂，搅拌混合均匀，待其溶解完全后转移至反应釜中，加热到150，反应8小时，待其自然冷却到室温，得到黄棕色的碳点，再加水稀释溶解可得到碳点溶液，经冷冻干燥可得到固体碳点18。1.4 碳点的应用碳点优良的生物相容性和较低的制备成本等优点，近年来在科学界和工业界获得了广泛的关注，光电子领域学者面临的压，变量19。1.4.1生物领域制备碳点的原料和方法多种多样，碳点的应用领域相当的广泛，载药标记诊断疾病，如肿瘤诊断20。使用纳米药物在癌症诊断和治疗领域21。1.4.2光催化领域从碳点的性质可以知道，其除了发光强，其在紫外-可见光区具有一定的吸收性能，已有文献报道碳点在光催化领域的应用。郭22等通过简单有效的方法设计碳点表面的杂原子，已经证明碳点具有一定的光催化活性，碳点表面同时存在 O 和 N 自由基，表现出强的荧光发射，而同时含有 O 和 Cl 自由基，则表现出很高的光催化活性，此时碳点类似于一个内部电场，O 和 Cl 自由基促进了电子空穴对分离、承载和迁移，使得碳点具有高的光催化活性；碳点也可与一些金属纳米颗粒复合提高光催化效率，而 zhang23等正好做到了这点，他们将 Ag、Au、Cu 三种金属纳米颗粒分别与碳点复合后，设计出高效、高选择性、绿色催化氧化环己烷系统；碳点也可与半导体光催化剂结合提高催化降解一些有害物质，王24等报道了碳量子点/BiOI 纳米片在可见光照射下降解甲基橙的性能是单独使用BiOI 纳米片的 4 倍，因为BiOI复合碳点后提高了电荷分离、转移、和光吸收性能，类似的报道还有许多，说明碳点在光催化领域有很大的前景。1.4.3检测/传感领域一些物质对碳点荧光有猝灭作用，一些物质对碳点荧光又增强作用，而且碳点无毒，用于检测也不会带来有毒污染，因此碳点能很好用于环境检测或是传感等领域。张19 等首次报道了未修饰的荧光碳点对Hg2+的检测， Hg2+与制备的碳点结合能使其荧光猝灭，而加入生物巯基化合物使得碳点恢复荧光。1.5 研究进展通过简单、绿色方法合成高荧光效率、长波荧光发射的碳点是很有必要的，同时许多碳点在固态下不发光，研究者采用将碳点制成薄膜等方式加以利用，研究碳点发光复合材料的应用也极具意义25。 1.6本课题的研究意义和内容本论文基于以上研究背景和意义，采用氨基酸为碳源，通过水热法合成荧光碳点，同时对其性质和应用进行了研究，制备方法为水热法，碳源、物料比和反应温度制备出不同条件的碳点，对制备的碳点进行结构表征和光学表征，探究反应条件对合成碳点的结构和光学性质的影响。测定激发波长依赖性，选择扫描范围为320-400nm测定一系列的荧光发射光谱。将碳点原溶液加入不同pH的水溶液中，选择最佳激发波长（max）测荧光发射光谱。测定荧光量子产率。向碳点中加入金属离子，检测金属离子的影响。本实验通过对改变反应碳源、投入的物料比和反应温度进行探究，最终得出制备荧光碳点的最佳条件。第二章实验部分2.1 仪器与药品2.1.1 主要仪器实验所用仪器见表2-1:表2-1仪器和主要设备名 称型 号产 地玻璃仪器烘干器KQ-A河南巩义市英峪予华仪器厂荧光发射光谱仪RF4301-PC岛津水热反应釜K78上海巩义市英峪实验仪器中心加热板KQ-A河南巩义市英峪实验仪器中心移液枪0.5-10L5-50L50-200L100-1000L德拉贡实验仪器（美国）有限公司实验室pH计PE20梅特托利多仪器（上海）有限公司净水器GMB-2北京普析通用仪器有限公司 紫外灯WD-9403E北京市六一仪器厂2.1.2主要试剂和原料实验所用试剂见表2-2:表2-2主要试剂和原料名 称规 格产 地盐酸分析纯北京化工厂浓硫酸分析纯北京市高端化学工业有限责任公司苏氨酸生化试剂天津市复精细化工研究所酪氨酸生化试剂天津市复精细化工研究所硫酸奎宁生物试剂北京伊诺科技有限公司溴化钾(KBr)光谱纯天津市科密欧化学试剂中心乙醇分析纯北京市化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯天津市凯通化学试剂有限公司无水硫酸铜分析纯天津科密欧化学试剂开发中心锌粉KCL MgCL2MnSO4NaCL超纯水 高纯试剂化学纯分析纯分析纯分析纯医药（集团）北京化学试剂公司天津市化学试剂一厂天津市凯通化学试剂有限公司天津科密欧化学试剂开发中心天津市凯通化学试剂有限公司实验室自制注：实验室用水无特殊说明均为超纯水。2.2 溶液的配制2.2.1盐酸溶液的配制在500毫升的大烧杯加入500毫升的超纯水，用胶头滴管移取适量质量分数为36%的浓盐酸，加入烧杯中用pH计测量直至pH=2。2.2.2氢氧化钠溶液的配制根据计算pH=13的氢氧化钠的浓度为0.1mol/L,n=CV=0.1mol/L500mL10-3=0.05mol,所以m=nM=0.0540=2.000g。用电子分析天平准确快速地称取2.000g的氢氧化钠固体，待用。2.2.3配制一系列不同pH的溶液用胶头滴管取少量浓盐酸放入100ml的小烧杯中，加水稀释，用pH计测定，当pH等于1时停止加水，配制pH等于1的盐酸，转入50ml的比色管中。用胶头滴管从pH等于1的溶液中取少量于100ml的小烧杯中，同上依次从高浓度的溶液中移取少量溶液配制pH等于3和5的盐酸溶液，转入50ml的比色管中待用。 用胶头滴管从pH等于13的氢氧化钠溶液中取少量溶液，放入100ml的小烧中，加水稀释，用pH计测定，当pH等于11时停止加水，配制pH等于11的氢氧化钠，转入50ml的比色管中。同上依次从高浓度的溶液中移取少量溶液配制pH等于7和9的溶液，转入50ml的比色管中，待用。2.2.4金属离子溶液的配制配制金属离子溶液 Fe3+、Cu2+、K+、Mg2+、Mn2+、Zn2+、Na+，根据公式m=CVM=2250.001M计算可得质量。（1）用电子分析天平称取3.250g的锌粉放入100ml贴上标签的小烧杯中，用胶头滴管向烧杯中加入适量的浓盐酸，至金属锌反应完全，然后向烧杯中加入少量水，将烧杯放在加热板上加热让多余的HCL挥发掉，让其冷却至室温，待用。（2）用电子分析天平称取8.050g的十二水硫酸铁铵（FeNH4(SO4)312H2O ）固体，放入100ml贴上标签的小烧杯中，加水溶解后，让其冷却至室温，待用。（3）用电子分析天平称取8.500g的无水硫酸铜（CuSO4）固体，操作同（2），即为2moL/L的Cu2+溶液，待用。（4）用电子分析天平称取3.700g的氯化钾（KCL）固体，操作同（2），即为2moL/L的K+溶液,摇匀，待用。（5）用电子分析天平称取4.700g的氯化镁（MgCL2 ）固体，操作同（2），即为2moL/L的Mg2+溶液,摇匀，待用。（6）用电子分析天平称取6.250g的氯化镁（MnSO4）固体，操作同（2），即为2moL/L的Mg2+溶液,摇匀，待用。（7）用电子分析天平称取2.900g的氯化钠（NaCL）固体，操作同（2），即为2moL/L的Na+溶液,摇匀，待用。2.2.5硫酸奎宁溶液的配制1g/mL硫酸奎宁标准溶液的配制：用移液枪移取1ml的100g/mL硫酸奎宁标准稀释100倍得到。2.3基于氨基酸的碳点的制备2.3.1以色氨酸和苏氨酸为碳源的碳点制备（1）色氨酸和苏氨酸制备碳点1:3用电子分析天平，按1:3的比例准确称取0.1022g色氨酸与0.1788g苏氨酸放入100ml的烧杯中，加盐酸溶液完全溶解，转移到30毫升的反应釜中。将溶液转移到50ml的比色管中，得到棕黄色的碳点溶液，此碳点记为CDs1。将反应温度升到180，其余操作同上，得到深棕黄色的碳点溶液，此碳点记为CDs2。(2) 色氨酸和苏氨酸制备碳点1:1用电子分析天平，按1:1的比例准确称取0.1022g色氨酸与0.05961g苏氨酸放入100ml的烧杯里，转移到30毫升的反应釜中。将反应釜放入烘箱中，在150条件下，反应八小时。冷却，将溶液转移到50ml的比色管中，得到浅黄色的碳点溶液，此碳点记为CDs3。将反应温度升到180，其余操作同上，得到浅黄色的碳点溶液，此碳点记为CDs4。2.3.4以色氨酸和酪氨酸为碳源的碳点制备（1）色氨酸和酪氨酸制备碳点1:3用电子天平，按1:3的比例准确称取0.1022g色氨酸与0.2720g酪氨酸放入100ml的烧杯中，用超声清洗仪超声10分钟后依然没有溶解。将反应釜放入烘箱中，在150条件下，反应八小时。冷却，将溶液转移到50ml的比色管中，呈浅棕色碳点水溶液，此碳点记为CDs5。将反应温度升到180，其余操作同上，得到浅棕色的碳点溶液，此碳点记为CDs6。（2）色氨酸和酪氨酸制备碳点1:1用电子分析天平，按1:1的比例准确称取0.1022g色氨酸与0.09067g酪氨酸放入100ml的烧杯中，用移液管移取10毫升pH等于2的盐酸溶液加入烧杯中，转移到反应釜中。转移到比色管中混匀，呈棕色碳点溶液，此碳点记为CDs7。将反应温度升到180，其余操作同上，得到浅黄色的碳点溶液，此碳点记为CDs8。2.4 碳点的表征2.4.1照射紫外灯 用1ml的移液枪移取4ml的水，再用50L的移液枪移取40L的碳点溶液加入，用型号为WD-9403E的紫外灯，以波长为345nm的灯光照射，观察并记录发光颜色及情况。2.4.2测红外吸收光谱 （1）制备固体样品样从合成的碳点溶液中取出4毫升于50毫升的小烧杯中，置于加热板上加热至水和溶剂完全挥发得到固体样品。（2）固体试样压片法在油压机上10MPa压60s，减压，退模，便可得到压成透明的薄片，将其放在样品框中测试，IR扫描后即可得到红外吸收光谱图。傅里叶变换红外吸收光谱仪产自美国尼高力公司型号为AS380。2.4.3测定紫外吸收光谱扫描基线，将样品池中装满样品，进行光谱扫描，得到紫外-可见吸收光谱图。2.4.4荧光光谱荧光光谱的测量过程：用水将比色皿洗干净，用移液枪取3毫升水于比色皿中，再加人适量的碳点溶液，放入光路中，以紫外吸收光谱测得的吸收峰值为激发波长，测发射谱，再以发射峰值测激发谱，确定最佳激发波长（max），再从310-400nm测定一系列的发射光谱，测定激发波长依赖性，用origin做图分析。2.5 pH依赖性的测定用移液枪取配制好的不同pH值的溶液3ml于石英比色皿中，再用移液枪加入适量的碳点原溶液，盖上盖摇匀后放入光路中，选用最佳激发波长（max）激发，依次测定碳点原溶液在不同的pH值的溶液中的发射光谱。2.6金属离子的检测选择最佳激发波长，测定一条荧光发射曲线，从曲线上得出I0，再往比色皿中加入25ul已配制好的2mol/L金属离子，盖上比色皿盖摇匀使其反应完全，选用相同的激发波长，再测定一条激发曲线，从曲线上得出I。作直方图。第三章 结果与讨论3.1碳点的表征3.1.1碳点发光颜色的情况图3-1 CDS1-CDS8在自然光下的图片图3-2 CDS1-CDS8在紫外灯照射下的图片3.1.2紫外-可见吸收光谱的测定（1）测量过程如图3-1与3-2：（6）测量结果通过测定的紫外吸收光谱发现，如图3-1，以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点在278nm处有强吸收峰，应为B吸收带（*），表明具有C=C共轭结构，在360nm处有弱吸收峰，应为R吸收带(n*)，应为共轭的C=O，但是pH=8的溶剂(氢氧化钠)合成的碳点仅在278nm处具有吸收峰，在360nm处却没有吸收峰，证明其与pH=2的溶剂合成的碳点具有不同的结构，可见溶剂的pH不同会影响碳点的结构。由图3-2可知，以色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点在278nm处有强吸收峰，应为B吸收带（*），表明具有C=C共轭结构，在350nm处有弱吸收峰，较色氨酸+苏氨酸为碳源的碳点蓝移，为R吸收带(n*)，应为共轭的C=O，但是pH=8的溶剂(氢氧化钠)合成的碳点也仅在278nm处具有吸收峰，在360nm处却没有吸收峰，证明其与pH=2的溶剂合成的碳点具有不同的结构，可见溶剂的pH不同会影响碳点的结构。图3-2以色氨酸+酪氨酸为碳源，以水做参比，测得的紫外吸收光谱3.1.3傅里叶变换红外吸收光谱（1）以色氨酸+苏氨酸为碳源在不同条件下合成的碳点的红外谱图图3-4以色氨酸+苏氨酸为碳源在不同条件下合成的碳点的红外谱图由图3-4以色氨酸+苏氨酸为碳源在不同条件下合成的碳点的红外谱图可知，在说明存在-NH，在3000-3100cm-1处有不饱和的C-H键的振动吸收峰，而且在1400-1650cm-1范围内有4个C=C键的振动吸收，说明存在苯环。（2）以色氨酸+酪氨酸为碳源在不同条件下合成的碳点的红外谱图图3-5以色氨酸+酪氨酸为碳源在不同条件下合成的碳点的红外谱图由图3-4以色氨酸+酪氨酸为碳源在不同条件下合成的碳点的红外谱图可知，在说明存在-NH2，在3000-3100cm-1处有不饱和的C-H键的振动吸收峰，而且在1400-1650cm-1范围内有4个C=C键的振动吸收，说明存在苯环。3.2测定荧光碳点的激发波长依赖性根据物质发射荧光的特性所设计的一类光学法其原理是某些芳香环、芳香杂环及一些具有长的共扼荧光光谱的测量过程：用水将比色皿洗干净，用移液枪取3毫升水于比色皿中，再加人适量的碳点溶液，放入光路中，以紫外吸收光谱测得的吸收峰值为激发波长，测发射谱，再以发射峰值测激发谱，确定最佳激发波长（max），再从310-400nm测定一系列的发射光谱，测定激发波长依赖性，用origin做图分析。3.2.1以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点的激发波长依赖性的研究图3-7以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点的荧光发射光谱3.2.2以色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点的激发波长依赖性的研究图3-8以色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点的荧光发射光谱图3-7中的a，b是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:3 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；c,d是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；g,h是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点；i,j是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点。图3-8中的a，b是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；c,d是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点； g,h是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点；i,j是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点。3.3 pH依赖性的测定用移液枪取配制好的pH为1、3、5、7、9、11、13的溶液3ml于石英比色皿中，再用移液枪加入适量的碳点原溶液，盖上盖摇匀后放入光路中，选用最佳激发波长（max）激发，依次测定碳点原溶液在不同的pH值的溶液中的发射光谱。3.3.1以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点的pH依赖性的研究图3-9以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点的pH依赖性的荧光激发光谱图3-9中的a是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:3 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；b是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；c是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=8，温度为150合成的碳点；d是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点；e是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点。3.3.2以色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点的pH依赖性的研究图3-10以色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点的pH依赖性的荧光激发光谱图3-10中的a是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:3 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；b是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；c是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=8，温度为150合成的碳点；d是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点；e是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点。3.4测试金属离子对荧光淬灭的影响选择最佳激发波长，测定一条荧光发射曲线，从曲线上得出I0，再往比色皿中加入25ul已配制好的2mol/L金属离子，盖上比色皿盖摇匀使其反应完全，选用相同的激发波长，再测定一条激发曲线，从曲线上得出I。以金属离子为横坐标作图，得到荧光淬灭直方图。3.4.1测试金属离子对以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点的荧光淬灭的影响图3-11金属离子对以色氨酸+苏氨酸为碳源合成的碳点的的荧光淬灭的影响图3-11中的a是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:3 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；b是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1 ，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；c是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=8，温度为150合成的碳点；d是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点；e是以色氨酸+苏氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点。3.4.1测试金属离子以对色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点的荧光淬灭的影响图3-12金属离子对以色氨酸+酪氨酸为碳源合成的碳点的的荧光淬灭的影响图3-12中的a是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；b是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为150合成的碳点；c是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=8，温度为150合成的碳点；d是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:3，溶剂的pH=2，温度为180合成的碳点；e是以色氨酸+酪氨酸为碳源，物料比为1:1，溶剂的pH=2，温度为1803.5荧光量子产率的测定参比法的原理：选择一个与待测物质吸收和发射光波长接近、且已知量子产率的物质作为参比 标准，即可计算得到其量子产率。测量方法：本文选用的方法是利用积分的方法测量样品的荧光量子产率。配制硫酸奎宁为0.005g/mL。荧光量子产率由以下公式来计算： Yx=YsFxFs AsAx (xs )2 （3-1）其中带角标 x 表示待测样品，带角标 s 表示标准物质(硫酸奎宁)；在本文中，标准物质和待测物均溶解于水中，二者折射率相同。A 表示样品吸光度值，为保证测量准确，吸光度值（A）应该小于 0.05。测量时，通过测得的吸光度和荧光强度计算得到荧光量子产率：Ys=0.54 As=0.031 Fs=720.261表3-1荧光量子产率碳点 吸光度（A）峰面积（Fx）荧光量子产率(Yx)色+苏1:3 pH=2 150色+苏1:1 pH=2 150色+苏1:3 pH=2 180色+苏1:1 pH=2 180色+酪1:3 pH=2 150色+酪1:1 pH=2 150色+酪1:3 pH=2 180色+酪1:1 pH=2 1800.0050.0130.0020.0030.0130.0040.0040.012157.123183.65774.94867.12364.47716.44937.80176.08373.04%32.83%87.09%52.00%11.53%9.56%21.96%14.74%结 论本论文通过色氨酸加苏氨酸、色氨酸加酪氨酸为碳源，利用水热合成法合成碳点，通过改变碳源、反应溶剂的初始pH值、反应物料比、反应温度合成不同条件下的碳点。1、观察记录碳点水溶液均用水稀释10倍后，在紫外灯照射下各种碳点发光的情况及颜色，发现相同条件下，以色氨酸加苏氨酸为碳源合成的碳点的发光亮度比以色氨酸加酪氨酸为碳源合成的碳点强。2、结合红外吸收光谱和紫外-可见吸收光谱研究碳点的表面官能团、元素种类，发现其表面均含有-COOH,还有N-H键的伸缩振动，从碳源的分子式得知其应为-NH，从红外谱上还发现在3000-3100cm-1存在不饱和C-H伸缩振动,且在1400-1650cm-1范围内有四个C=C键的伸缩振动，且在紫外278nm附近均有-*跃迁的B吸收带，因此该碳点应含有苯环，紫外在350-370nm存在n-*跃迁的R吸收带，可能是C=O键与其他基团共轭红移产生。3、通过荧光发射光谱探究反应条件对碳点光学性质的影响。4、在一系列的不同pH值的水溶液，加入适量的碳点原溶液测量荧光发射光谱，探究碳点的pH依赖性，发现以色氨酸加苏氨酸溶剂的pH等于8的条件下制备的碳点具有很强的pH依赖性，其他条件下的碳点基本没有影响；以色氨酸加酪氨酸制备的碳点都具有轻微的pH依赖性。5、向碳点中加入金属离子，对金属离子进行检测，发现Fe3+可以使荧光完全淬灭，对Cu2+有低灵敏的响应，而对其他离子基本不响应。6、以色氨酸加苏氨酸为碳源制备的碳点的荧光量子产率均比以色氨酸加酪氨酸为碳源制备的碳点的高，且物料比为1:3的均比1:1的荧光量子产率高，180合成的碳点均比150合成的碳点荧光量子产率低。综合上述研究结果，选择色氨酸加苏氨酸为碳源，物料比为1:3,溶剂的pH等于2，温度为150的条件下合成的碳点荧光量子产率最高。参考文献1刘文.基于绿色天然物质合成荧光碳点及其性质和应用综述J.材料导报,2019,33(03):402-409.2江双玲. 多种光色发射的荧光碳点制备及性能、应用研究D.上海师范大学,2017.3杨泽. 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