材料制備論文

1、材料分析測試方法小論文李文爽1310287從蓖麻油煙塵中制備可調(diào)的多色熒光納米碳點A Tunable Multicolor PhotoluminescentNano carbon Prepared from Castor Oil SootK. S. Prasad, Nien-Chu Fan, Li-Chen Wu, Heng-Chia Chang, Li-Sheng Wang,Kuo-Chu Hwang, Reuben Jih-Ru Hwu, Jia-Cherng Horng, Chun-Cheng Lin andJa-an Annie HoJournal- Chinese Chemical

2、Society Taipei, 2012, 59(6):802-808.姓名：李文爽學號：1310287專業(yè)：應用物理日期：2016.5.27簽名：從蓖麻油煙塵中制備可調(diào)的多色熒光納米碳點A Tunable Multicolor PhotoluminescentNano carbon Prepared from Castor Oil Soot南開大學 物理科學學院 應用物理專業(yè) 李文爽 1310287摘要：我們在此報告中介紹了一種以煙塵為基礎(chǔ)來的合成一種帶負電的親水熒光納米碳點的方法。這種熒光納米碳點由回流在硝酸中的蓖麻油煙塵來制取的。通過這種方法制取的熒光納米碳點在紫外線照射下可以顯示多種顏

3、色，因此可利用它來進行表面形態(tài)特征和光譜的研究。此外，可通過調(diào)節(jié)pH值或改變稀釋因子可調(diào)節(jié)這種熒光納米碳點8的性質(zhì)。在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn),這里的光致發(fā)光的性質(zhì)并不是由于聚酯聚芳烴的存在,而僅僅由于熒光納米碳點的特征。研究結(jié)果表明,粒子之間的表面等離子體共振現(xiàn)象在光致發(fā)光中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。此外,熒光納米碳點在細胞成像和氧化電化學應用中也可作為一種合理的可行性工具。關(guān)鍵字：煙塵，熒光納米碳點，表面等離子體共振，細胞成像，電化學活性一、研究背景 納米碳點,也稱為碳點,是一類尺寸小于10nm的新型碳納米材料,于2004年通過電泳法凈化單層碳納米管時首次發(fā)現(xiàn)。由于其原材料資源豐富和廉價,且優(yōu)異的水溶性,化學

4、惰性,低毒性,易官能團化和抗光漂白能力,碳點逐漸成為碳納米材料家族中的一顆新星。碳通常被認為是一種黑色材料,且熒光較弱。而碳點之所以能夠吸引廣泛的關(guān)注的原因就在于它具有很強的熒光性質(zhì),因此又稱之為熒光碳點。在近幾年里,關(guān)于碳點的制備,性質(zhì)和應用等方面的研究已經(jīng)取得了很大的進展,如最近被Baker和Zhu等人寫的綜述所述。蠟燭灰制備的碳點經(jīng)過核磁共振分析發(fā)現(xiàn),其屬于sp2雜化而沒有sp3飽和的碳原子,表明碳點是共軛的體系?；谄鋸娏叶烧{(diào)的熒光特點,碳點被發(fā)現(xiàn)在能量和催化領(lǐng)域具有很廣泛的應用。特別地,除了下轉(zhuǎn)換發(fā)光外,碳點還顯示出優(yōu)異的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì),因此可以基于碳點的這個性質(zhì)設計出高活性的復合

5、催化體系來有效地利用太陽光的全光譜或者拓寬催化劑的光譜利用范圍。與傳統(tǒng)的半導體量子點(QDs)和有機染料相比,熒光碳點具有良好的水溶性,化學惰性,易官能團化,高的抗光漂白能力,低毒性和好的生物相容性等。許多研究關(guān)注于其在生物醫(yī)藥,生物標記,生物成像和醫(yī)藥傳輸?shù)葢?。有趣的是當今的一個發(fā)現(xiàn):碳點可以在(近)紅外光的激發(fā)下在近紅外(NIR)光譜范圍顯示熒光。值得注意的是,碳點被(近)紅外光激發(fā)產(chǎn)生的近紅外熒光對“活體”生物納米科技是特別有用和有意義的,因為身體組織的通透性在近紅外光下近似于“水窗”。此外,碳點的熒光在溶液中能夠被電子受體或電子給體有效地洋滅,說明激發(fā)態(tài)的碳點是一種優(yōu)秀的電子給體和電

6、子受體。碳點這種有趣的光生電子轉(zhuǎn)移性質(zhì)對于能量轉(zhuǎn)換、光伏器件等相關(guān)應用提供了可能性。碳點還可以在有害金屬離子檢測中用作納米探針?；谔键c的合成,結(jié)構(gòu)和熒光性質(zhì),可以對碳點有爭議的突光發(fā)射機理(尤其是上轉(zhuǎn)換熒光特點)提供進一步的新視角,同時也可以進一步激發(fā)碳點在光催化,生物成像,表面增強拉曼、光電以及傳感領(lǐng)域的進一步研究。碳點包括可以調(diào)控尺寸的碳量子點,石墨烯量子點等較小的碳納米粒子,他們的合成方法一般可以歸結(jié)為兩種:化學法和物理法?；瘜W法主要包括電化學合成,燃燒法/熱/水熱/酸氧化,模板合成,微波/超聲輔助合成法,溶液化學合成,富勒稀開籠的方法等。物理法合成碳點主要包括電弧放電,激光燒燭/鈍化

7、,等離子體處理等方法。最近，一種簡單直接的由煙塵中制取熒光納米碳點的方法被發(fā)現(xiàn)了。不管是蠟燭的煙灰還是自然的煙塵，都可以從中制取熒光納米碳點。但是，熒光性質(zhì)產(chǎn)生的原因和PH值對熒光效應的影響還沒有得出準確的研究和判斷。一篇報道中刊登了成功地從蠟燭灰中得到熒光納米碳點的事實，但是無法解釋在PH的影響下，熒光光強隨波長改變的原因。后來，另一篇文章中也刊登了這個蠟燭灰的例子，并推測熒光產(chǎn)生的原因可能是氮和氧的結(jié)合，但并沒有給出直接的證據(jù)來支持這一猜測。因此，探究納米碳點的熒光特性并研究PH值對其影響的機制是十分必要的。接下來，我們根據(jù)已知的利用煙塵制取熒光納米碳點的事實，介紹一種以煙塵為基礎(chǔ)來的合成

8、一種帶負電的親水熒光納米碳點的方法。二、材料制備方法所有化學品都從Sigma-Aldrich購買(圣路易斯,密蘇里州,美國),使用前未經(jīng)純化。蓖麻油從當?shù)厥袌鲑徺I。蓖麻油的煙塵是通過燃燒石油獲得的。電化學實驗中使用了CHI工作站和從Zensor研發(fā)獲得的(臺中,臺灣)集成三電極條。除非另有說明, 用來準備樣品的電化學研究磷酸緩沖液(PBS,pH值7),使用Milli-Q水(電阻率18米·厘米,Milli-Q,貝德福德,MA)制取。表面形態(tài)的表征使用了高分辨率的TEM(JEOL jem - 2100)、TEM(JEOL jem - 1400、東京、日本)和掃描電子顯微鏡(SEM,JEO

9、L房子- 7000 f,日本東京)。紅外光譜、紫外和熒光光譜記錄頻譜使用一個B(優(yōu)秀的,沃爾瑟姆,媽,美國),紫外線CINTRA還是10 e(GBC科學設備,丹迪,維克,澳大利亞),和卡里Eclipse(美國瓦里安,帕洛阿爾托,CA)光譜儀。x射線光電子能譜(XPS)使用一個ULVACPHI XPS能譜儀進行了分析(模型Quantera SXM、神奈川10、日本)。熒光顯微鏡圖像被使用一個IX -71(奧林巴斯顯微鏡,東京,日本)配備一個100 - w汞燈作為光源。1.熒光納米碳點的制取事先準備好的蓖麻油煙塵(20毫克),它的主要成分是碳,在100下伴有磁攪拌的10毫升HNO3溶液中回流12h

10、后被氧化。淺棕色的上層清液(樣品S,包含熒光納米碳點)在20分鐘的1600rpm的離心后被收集。樣本A,B, CS10, A10, B10, and C1010是由樣本S不同程度稀釋后得到的。樣本A是由樣本S稀釋三倍得到的，樣本B的獲得又是將樣本A稀釋了7.5倍，樣本B進行200分鐘1600rpm的離心后收集上清液得到樣品C；樣本S10，A10，B10，C10就是簡單的將樣本S,A,B,C分別稀釋一百倍以后得到的。所有的稀釋過程用的都是Milli-Q水。黑色沉淀物（氧化的碳點）在經(jīng)過溶液離心后可被收集，用Milli-Q水清洗后將用于電化學研究。2.人子宮頸癌傳代細胞的生物成像 人子宮頸癌傳代細

11、胞是在含有青霉素、鏈霉素的牛胎兒的血清中培養(yǎng)的，這種細胞懸浮液的濃度在5×104左右。然后將懸浮液稀釋十倍，加入樣本S,A,B,C等后培養(yǎng)一小時。將標記的細胞用硝酸鹽緩沖液清洗后用熒光顯微鏡觀察。3.電化學研究 將250l的PIE加入氧化的碳點溶液（0.2g/200l）并進行30分鐘聲處理可得到聚乙烯亞胺修飾的電極。提前準備好的復合材料覆蓋在電極表面并在室溫下進行風干。所有的電化學研究都使用的是樣本S。針對共同的基準氧化還原對的電極的電化學研究使用的試劑是鐵氰化鉀和氯化鉀的混合溶液。研究聚乙烯亞胺修飾的熒光納米碳點支持的電極的電化學性質(zhì)使用的是不同濃度的過氧化氫溶液。三、分析測試方法

12、、原理及實驗儀器1.實驗過程由于并未找到與英文文獻中完全一致的制備方式，所以此處介紹一種同原理的制備方法。 (1)實驗原料、儀器硝酸（65-68%）、氫氧化鈉（96.0%）、碳酸鈉（99.8%）、硼氧化鈉（96.0%）、乙醇（99.8%）四氯化碳（99.0%）、N,N-二甲基甲醜胺（99.0%）、苯（99.5%）、二甲基亞砜（99.0%）、高純氮氣（99.999%）F-7000型突光分光光度計、TF30型透射電子顯微鏡、Nicolet iNlO顯微紅外光譜儀、Evolution 220紫外-可見分光光度計、ESCALAB 250型X射線光電子能譜儀（2）制備過程碳點被認為是一種具有碳六元環(huán)拓撲

13、結(jié)構(gòu)的碳納米碎片因此,如果采用“top-down”策略制備碳點,碳源前軀體中應該具有sp2碳六元環(huán)結(jié)構(gòu)。煤炭是一種具有芳環(huán)結(jié)構(gòu)單元的大分子富碳固體礦物,煤化程度越高,煤中的sp2六元環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)也越多,進而形成大量的石墨微晶。經(jīng)過炭化處理,還可以進一步調(diào)控煤樣當中石墨微晶的尺寸,這勢必會對最終產(chǎn)物的形貌尺寸和性質(zhì)產(chǎn)生很大影響。利用濃硝酸的強氧化刻蝕效應,剝離出煤炭或者焦炭當中的石墨微晶,即形成表面具有大量含氧官能團的熒光碳點。依據(jù)以上實驗思路,設計由煤炭硝酸氧化制備熒光碳點的制備工藝,見圖3.1所示圖3.1具體制備工藝步驟如下:a.煤炭預處理取少量煤樣,加入研缽內(nèi)充分研磨,制成粉末,取蹄分至20

14、0目以上的煤樣,110 °C干燥過夜,備用。b.煤炭炭化將煤樣放置于石英舟中,在氮氣氣氛中,用不同的炭化溫度(500-1500 °C)處理樣品兩小時,自然冷卻至室溫,得到焦炭。c.氧化刻燭稱取一定量的原煤或焦炭,置于50 mL的圓底燒瓶內(nèi),再加入30mL的濃硝酸(5-6mol/L)。懸浮液超聲1小時,使煤均勾分散在溶液中,保持整個反應體系均勾一致;反應燒瓶置于油浴鍋內(nèi),在指定溫度下(80-140°C)冷凝回流24小時。反應結(jié)束后,待反應體系冷卻至室溫,加入NaOH試劑,中和反應體系中過量的硝酸,直至體系的pH值達到5.4-7.0之間;取出中和后的上層懸浮液,在高速

15、臺式離心機中離心15分鐘(9000 rpm),取上層清液。d.透析除鹽離心后的上層清液裝入再生纖維素透析袋中(3500Da),透析2-3天,直至電導率小于200nS/cm;收集袋內(nèi)產(chǎn)物以備表征和進一步實驗。e.還原處理取剛制備出的煤基碳點水溶膠100 mL,加入NaBHU 100 mg,室溫下攪拌6 h,透析1天,收集袋內(nèi)產(chǎn)物。2.形貌與結(jié)構(gòu)經(jīng)濃硝酸處理后,原煤結(jié)構(gòu)遭到很大程度的破壞。離心后,不論上層清液還是底部沉積物,都很難找到原始煤炭的類似結(jié)構(gòu)。剛制備出的產(chǎn)物以水溶膠形式存在,其透射電鏡(TEM)圖像如圖2.2所示。圖2.2a顯示大量不規(guī)則的類似無定形碳的團聚物;在進一步放大的TEM圖中(

16、圖2.2b),可以明顯看到無定形碳中包含有大量具有晶格條紋的煤基碳點;產(chǎn)物粒徑主要分布在1?5 nm之間。插圖中展示了煤基碳點的高倍透射電鏡(HRTEM)照片,圖中晶格間距0.32 nm和0.21 nm分別對應石墨的(002)和(100)晶面。但在微區(qū)范圍內(nèi),仍然可能存在短程有序結(jié)構(gòu)(l-2nm范圍內(nèi))。這一結(jié)果這與圖2.2中的TEM圖片中碳點的形貌特征相一致,說明煤基碳點內(nèi)核是由sp2碳構(gòu)筑的單層或多層石墨烯碎片結(jié)構(gòu)。3.表面官能團顯微紅外光譜(Micro-FTIR)相比較傳統(tǒng)紅外光譜具有更高的靈敏度和分辨率,因此非常適合用于研究黑色的炭素材料的表面基團。如圖2.4所示,煤基碳點在3386

17、cm-1處有一個強烈的吸收振動峰,對應輕基伸縮振動;1727cm-1的峰對應羰基伸縮振動吸收;1597cm-1和1337cm-1的吸收峰可能來源于羧酸鹽的伸縮振動,這種振動吸收一般比較強烈。但需要注意的是,碳骨架C=C的伸縮振動峰(1597cm-1周邊)和C-N的伸縮振動峰(1337 cm-1周邊)也可能與羧酸鹽振動峰重疊;1257 cm的峰可能來源于環(huán)氧基(C-0-C)振動吸收。為了進一步證實上述結(jié)果,采用X-射線光電子能譜(XPS)分析煤基碳點的表面狀態(tài)。如圖2.5的產(chǎn)物XPS譜圖所示,煤基碳點表面主要含有C、0、N三種元素,其中氧含量高達45 at.%以上,說明碳點表面具有大量的含氧官能

18、團;氮元素可能來源于原料煤炭或者氧化試劑硝酸。圖2.5中的插圖展示了高分辨率的CIS譜圖,經(jīng)過進一步的擬合可以將其分拆成碳骨架C=C、00、C-0、C-N四種碳的結(jié)合狀態(tài),表明碳點表面存在羧基、羥基、環(huán)氧基、含氮缺陷等,這與圖2.4中紅外表征結(jié)果相一致。以上XPS和Micro-FTIR的表征結(jié)果證明碳點表面有大量含氧官能團,主要存在形式有羧基、羥基、碳基、環(huán)氧基,這與很多文獻中報道的結(jié)果類似。同時,由于原料煤種含有一定的氮含量,因而導致產(chǎn)物碳點中摻有微量的氮元素。進一步的元素分析表明,一般而言,采用氧化法制得的碳點表面均不可避免地引入大量的含氧官能團,有些情況下的產(chǎn)物的氧含量甚至比碳含量還高。

19、煤基碳點的各元素的組成及其含量分別為:C 51.22%,H 2.92%, N 1.14%, 0 44.72%。4.光學性質(zhì)圖2.6展示了煤基碳點的吸收光譜。從圖中可以看到,煤基碳點在紫外區(qū)域具有強烈吸收,且波長越短,吸收越明顯;但在可見光區(qū)域碳點的吸收非常弱,也沒有任何特征峰存在。采用原煤直接氧化得到的碳點一般情況下只在260 nm處有一個較寬的吸收帶,這可能與碳點表面的C=0鍵的吸收躍遷有關(guān)。硝酸氧化法制備煤基碳點本質(zhì)上是一種濕法化學制備技術(shù),因此剛制備出的產(chǎn)物即是分散在水相中,形成穩(wěn)定的水溶膠體系。如圖2.6中的插圖所示,煤基碳點的水溶膠在可見光條件下顯黃色,在紫外燈照射下(365 nm)

20、可以發(fā)射藍色熒光,具有明顯的光致發(fā)光特性。 典型的煤基碳點的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜如圖2.7所示。激發(fā)光譜在260nm處具有最大峰值,對應圖2.6中260 nm的吸收峰。此外在350-400 nm之間還存在一些弱的肩峰。煤基碳點的發(fā)射光譜呈雙峰結(jié)構(gòu),其中一個發(fā)射峰位于400-420 nm之間,另外一個位于490-510 nm處。為了進一步研究煤基碳點的突光性質(zhì),實驗中考察不同的激發(fā)波長條件下的發(fā)射峰,結(jié)果如圖2.8所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)當以260 nm為激發(fā)波長時,產(chǎn)生的熒光強度最強。值得注意的是,熒光峰的位置隨激發(fā)波長的變長而逐漸紅移,這是典型的碳點的熒光特征。四、結(jié)果與討論1.光譜和表面形態(tài)學的

21、研究圖4.1.1顯示含有熒光納米碳的的棕色上清液的發(fā)射光譜是很寬的，根據(jù)激發(fā)波長（265nm-600nm），發(fā)射峰的最大值和長波長同時增加。發(fā)射波長是640nm時，熒光光強最強發(fā)生在激發(fā)波長為580nm處。這種行為與多色納米碳點是類似的，同時這種情況也依賴于納米碳點的粒子大小以及其在上清液中的分布。在紫外線的照射下，樣本S發(fā)出綠色的熒光，然而黑色沉淀物即納米碳點不發(fā)出任何熒光。在電子掃描顯微鏡下，煙塵和氧化的納米碳點呈現(xiàn)球狀，兩者的熒光光譜范圍都在激發(fā)波長為265nm是呈現(xiàn)出發(fā)射峰。氧化的納米碳點的發(fā)射峰比煙塵更強。氧化納米碳點和樣本S在激發(fā)波長為300nm時 ，發(fā)射紫外線。氧化納米碳點的拉曼

22、光譜顯示其存在碳原子的sp2和sp3軌道雜化，光譜由兩個特征帶組成，1300cm-1（D波段，sp2雜化）和1590cm-1（G波段，sp3雜化）。D波段是類似于邊緣和有限影響的表面缺陷造成的結(jié)構(gòu)無序的特征檢測。G波段是石墨底面的C-C的彈性振動的特征檢測，然而，上清液提供了一個不清晰的光譜，這和從煙塵中制取的熒光納米碳點的拉曼光譜是相似的。圖4.1.12.稀釋帶來的影響在分析完上清液之后，我們對其進行了簡單的稀釋，研究這些稀釋后的樣本的熒光特性。我們發(fā)現(xiàn)了兩個令人驚喜的現(xiàn)象，一是樣本的稀釋導致了樣本發(fā)射光譜的藍移，如圖4.2.1所示；二是在紫外線的照射下，每個稀釋樣本都發(fā)出了不同顏色的光。稀

23、釋樣本的發(fā)射光譜的位置隨著激發(fā)波長而改變，與上清液的變化趨勢是一樣的。但是稀釋樣本的發(fā)射光譜的峰寬度更小或出現(xiàn)很多個峰值，與多種發(fā)射光譜是一致的。為了進一步理解這個現(xiàn)象，我們記錄了激發(fā)光譜并用透射電子顯微鏡發(fā)觀察分析了上清液。觀察結(jié)果顯示樣本中存在多種不同的納米材料，如圖4.2.2所示。目前為止,研究者對碳點的發(fā)光機理研究還處于推測階段大多數(shù)研究者認為碳點的發(fā)光是基于激子的輻射重組發(fā)光,由于裸露的碳點表面有許多表面缺陷能帶,易捕獲激子輻射重組的輻射光,從而使碳點發(fā)光效率大大降低。因此,如果將碳點表面鈍化以減少其表面缺陷,其發(fā)光效率就會提高,這一現(xiàn)象己經(jīng)被很多學者驗證在我們實驗中,蠟燭灰及氫氧化

24、鈉是絕對沒有熒光的物質(zhì),且在強堿對燭灰的腐蝕條件下,不可能有熒光基團的分子生成。此外, 碳點的熒光壽命為9ns,如此短的熒光壽命,一定程度上說明了碳點的發(fā)光機理是基于激子輻射組合發(fā)光。我們所合成表面輕基化的碳點具有相對高的熒光量子產(chǎn)率,以硫酸奎寧做標準參比物,在310nrn激發(fā)條件下測得碳點水溶液熒光量子產(chǎn)率為5.5%，如引言部分所述,碳點表面直接羥基化的碳點要比表面羧基化的熒光量子產(chǎn)率高,表面羧基化的碳點即使經(jīng)過復雜的有機混合溶劑分離,或通過凝膠電泳分離,或通過昂貴的有機試劑進行表面鈍化作用,其熒光量子產(chǎn)率都小于3.0%，同時,羥基化的碳點獲得不需復雜的分離手段,只需簡單的離心和透析處理即可

25、。究竟是什么原因?qū)е铝u基化碳點熒光性能比羧基化碳點好呢?雖然碳點的發(fā)光機理尚不清楚,但大多實驗發(fā)現(xiàn)通過表面鈍化可以大大提高碳點的熒光量子率，由于這一現(xiàn)象與硅納米晶和金屬Q(mào)Ds很類似,所以研究者們大都比較認同碳點的發(fā)光機理是激子(電子與空穴對)的輻射重組發(fā)光。因此, 我們推測當激發(fā)光照射碳點時,由于其電子和空穴被量子限域(粒徑在1一10nm),連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成具有分子特性的分立能級結(jié)構(gòu),受激后激子會發(fā)生輻射重組而發(fā)射熒光。此時,碳核表面若有大量羧基存在,由于其具有強吸電子能力,會部分吸收激子的輻射重組發(fā)光,故不利于碳點的熒光發(fā)射;相反,羥基則具有一定的供電子能力,所以其存在會有利于碳點的熒光發(fā)

26、射。因此,表面直接羥基化的碳點熒光性能要好于其表面直接羧基化的 圖 4.2.1 圖4.2.23.PH值的影響與稀釋的影響類似，碳點的熒光性質(zhì)也依賴于PH值。溶液酸堿度對碳點的熒光強度有一定的影響(用BR作緩沖)由圖4.4.1知,碳點熒光強度隨溶液pH的增大而增強,當pH大于等于7.0時,碳點的熒光強度達最大值且趨于穩(wěn)定，這是由于碳點表面帶有大量羥基,在酸性條件下，碳點之間易發(fā)生氫鍵作用而聚集,使得熒光發(fā)生猝滅;而在堿性條件下，碳點基本處于單分散狀態(tài),故熒光強度最大且保持穩(wěn)定。此外,碳點的熒光強度隨酸度的變化是可逆的,即酸性水溶液中的碳點調(diào)至堿性狀態(tài)時,熒光能恢復到堿性狀態(tài)時的強度。圖4.3.1

27、4.熒光納米碳點的應用（1）生物成像與細胞標記Sun 等首次探究了碳點的的生物成像應用。他們將碳點成功置于人類乳腺癌細胞（MCF-7）中培養(yǎng)，然后使用雙光子熒光顯微鏡對細胞成像效果進行觀察。Sun課題組進而在活體內(nèi)研究碳點的生物成像。他們分別用 PEG-1500 鈍化的碳點與ZnS 摻雜的碳點注入小鼠體內(nèi)，進而進行活體內(nèi)光學成像。除此之外，越來越多的課題組成功將碳點應用于細胞成像。Tao 等將碳點注射小白鼠體內(nèi)，采用放射性標記技術(shù)對碳點進行標記，實驗發(fā)現(xiàn)碳點主要積蓄在小鼠的脾臟和肝臟中。通過小鼠各項生理參數(shù)檢測和器官組織切片觀察，發(fā)現(xiàn)碳點對小鼠基本無毒性反應。碳點優(yōu)異的熒光特性、良好的生物相容

28、性和低的細胞毒性，在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。（2）生物分析檢測碳點除了可以應用于生物成像和生物標記，還可以應用于生物分析檢測。常見的報道主要用來檢測葡萄糖、溶菌酶、DNA 及巰基化合物。Shi 等將碳點作為過氧化物模擬酶檢測血樣中的葡萄糖含量。碳點在 pH 為 3.5的 NaAc 緩沖溶液中能夠催化H2O2氧化 3-3-5-5-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）發(fā)生顯色反應，該比色法就可以間接測定葡萄糖的含量。Liu 等成功的應用碳點檢測溶菌酶，碳點可以和溶菌酶發(fā)生靜電作用，導致形成復合物，從而減少了碳點周圍的負電荷。得到的優(yōu)化實驗條件表明，溶菌酶濃度在71.5g/L14.3 mg/L的范圍內(nèi)，其

29、含量與RLS信號呈線性關(guān)系，對濃度為1.69×10-2g/L的碳點進行多次平行實驗，測得相對標準偏差為 0.97%，檢出限為 37.8 g/L。本法具有較好的實用性，可直接應用于實際樣品的檢測。Bai 等以碳點作為熒光探針，檢測 DNA 和巰基化合物的濃度。檢測不同的目標物，需要使用不同的熒光淬滅劑。檢測單鏈 DNA 時，選擇亞甲基藍作為淬滅劑，而雙鏈 DNA 可以有選擇性和亞甲基藍結(jié)合，使得碳點的熒光得以恢復，基于此原理來檢測 DNA。檢測巰基化合物時，選擇 Cu2+作為淬滅劑，原理是羥基化合物能與 Cu2+絡合，使碳點熒光恢復。這種方法已成功用于測定血清中巰基化合物的濃度，簡單快

30、速、靈敏度高。（3）光催化反應Li 等將碳點與 TiO2進行復合，碳點將吸收的可見光轉(zhuǎn)換為 TiO2可以利用的短波長的光，進而提高了 TiO2的光催化效率。Cao 等將碳點作為電子供體，氯金酸或氯鉑酸可以被碳點還原，在光的激發(fā)下，碳點表面與相應的貴金屬包覆在一起。碳點產(chǎn)生的熒光被作為電子受體的金或鉑所淬滅。金或鉑可以有效地俘獲電子，從而催化 TiO2還原，還原效果明顯比其他催化劑要好。（4）光電傳感器件Wang 等制備了一種在 407 nm 光源激發(fā)下即可實現(xiàn)覆蓋可見光區(qū)的全發(fā)射的碳點，如圖 4.4.4.1所示。他們將該碳點成功制備了發(fā)白色光的二級管，它的最大外量子效率為 0.083%，這遠遠大于用 CdSe 納米晶制備的白光發(fā)光二極管的最大外量子效率（僅 0.00013%）。 Li 等將電化學法制備的碳點應用于聚合物光伏電池的開發(fā)。經(jīng)退火處理的石墨烯/碳點聚合物光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率為 1.28%，而有機光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率不到 1%。這表明碳點在光電傳感材料方面，前景廣闊，可以代替量子點來制備新型的光電器件。 圖4.4.4.1五、結(jié)論總之,我們在文中展示了了一個簡單的用煙灰制成水溶性的熒光納米碳點的例子。通過改變激發(fā)波長可以使顆粒的聚集程度發(fā)生變化從而使這些從蓖麻油中制取的熒光納米碳點發(fā)出不同顏色的熒光。而且我們發(fā)現(xiàn)聚酯芳香烴對碳點的熒光特性沒有任何的貢獻和作用，而粒子