论文摘要：碳点的结构修饰及在光学分析中的应用

       碳量子点是一种新型的超小碳纳米颗粒，具有优异的光学性质、低的毒性、良好的生物兼容性和廉价的制备成本等特点，引起了越来越多科学家的研究兴趣，并逐渐在生物成像、光催化、光电器件、生物传感及细胞标记等诸多领域崭露头角。目前大量的研究工作专注于碳点荧光性质，而对于碳点的其他性能（如催化性质）研究甚少。本论文主要围绕碳点的催化性能展开研究，通过表面基团设计和非金属掺杂调控碳点的催化性能和荧光性能，建立了一些光学分析新方法。主要研究内容如下：

1. 文献综述。主要对碳点的性质、合成方法、结构性能调控做了一简要总结，并综述了碳点在荧光传感、生物成像、催化等方面的研究进展。

2. 无外加氧化剂下碳点催化鲁米诺化学发光的研究。鲁米诺化学发光分析法作为一个强有力的分析工具，已应用于痕量分析、环境科学、生命科学及临床医学等许多领域。但在这些鲁米诺化学发光体系中，通常需要加入氧化剂（如H2O2, KMnO4, KIO4, NaBrO和K3[Fe(CN)6]）才能引发化学发光反应，而氧化剂的加入可能会破坏缓冲条件甚至造成分析物的氧化，使体系失去选择性和生物相容性。因此限制了鲁米诺化学发光在分析化学领域的广泛应用。我们将新型的纳米碳材料，碳点，引入到鲁米诺化学发光体系中。研究发现在无外加氧化剂的条件下，碳点可以直接催化鲁米诺产生强的化学发光，并且通过化学发光光谱、紫外-可见吸收光谱、电子自旋共振谱等仪器手段，详细研究了在无需外加氧化剂下碳点催化鲁米诺化学发光可能的化学发光机理。碳点的催化特性来源于它对溶解氧的催化分解作用，碳点首先和鲁米诺发生电荷转移反应，形成过渡态中间体[C…L]，使碳点的电子密度和流动性增加，进而加速了电子从碳点到O2的转移，导致溶解氧氧化鲁米诺的速率增加。此外，我们制备了不同表面基团、不同粒径的碳点，研究发现碳点粒径的大小不会影响其催化效率，而碳点的表面基团是影响碳点催化效率的主要原因。因此，通过改变碳点的表面基团可以达到调控碳点的催化性能。

3. 表面基团对石墨烯量子点荧光及催化性能的影响。目前关于表面基团对石墨烯量子点荧光性能和催化性能的影响还没有系统的认识和研究。本文通过将石墨烯量子点酸煮氧化、硼氢化钠还原及酰氯和酰胺反应，合成出了三种不同表面基团的石墨烯量子点（GQD-COOH、GQD-OH及GQD-NH2）。对比研究了表面基团对石墨烯量子点荧光性能及催化性能的影响。研究发现，石墨烯量子点表面基团电负性的改变可能是导致石墨烯量子点荧光和催化性能改变的主要原因。因此，可以通过操纵石墨烯量子点的表面基团的电负性以达到调控其荧光性能及催化性能。此外，我们基于尿酸能抑制GQD-COOH催化鲁米诺-溶解氧化学发光，建立了一个简单、快速间接测定尿酸的化学发光分析方法。在优化的条件下，化学发光信号强度与尿酸浓度在5.0×l0-7 ~ 1.6×l0-5 g mL-1范围内呈良好的线性关系，lgΔI = 0.911c + 8.44，r=0.9956。

4. 氮、硫共掺杂碳点的合成及对生物巯基化合物的测定。目前碳点的制备还存在一定的缺陷。荧光量子产率高的碳点，其发光波长主要在蓝色光区（410–440 nm），与生物体的背景荧光相近，不利于生物成像或生物组分测定，而制备出的一些能在较长波长下发光的碳点，其荧光量子产率都比较低（不超过3%）。因此限制了碳点在荧光分析中的广泛使用。我们用混杂生物量（苜蓿和大蒜）为前驱体，通过水热法合成出了平均粒径为6.3 nm、分散性好的氮、硫共掺杂的碳点（N, S–CDs）。首次研究发现碳点经过N，S 同时掺杂作用后，其主要荧光发射峰向长波长方向移动，可以从紫蓝色（430 nm）调到蓝绿色（481nm），而且能在长波长处具有高的荧光量子产率（10%）。这一研究结果为实现碳基荧光材料的荧光可调控提供了一种新思路，可以通过非金属共掺杂来很好地调控碳点的荧光性质，从而满足其在不同领域应用的需要。此外，将N, S–CDs作为荧光探针，基于Cu2+可以有效淬灭其荧光，当有生物硫醇存在时，N, S–CDs–Cu2+体系的荧光可以得到恢复，我们成功地构建了检测生物体内巯基化合物的方法。

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