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摘 要

荧光碳点作为一种新型的碳纳米，受到了越来越广泛的关注。荧光碳点一般直径小于10nm，拥有荧光稳定性高、无闪光现象；激发波长和发射波长可调控；生物相容性好，毒性低；分子量和粒径小；合成方法操作安全的性质。由于生物相容性好，毒性低的特性，使其在生物标记、荧光生物探针、生物成像方面具有良好的发展前景。并且优异的理化性质可以使其在环境分析、光电传感、新型复合材料方面同样具有十分重要的作用。

本课题着重研究各种各样的含碳物质作为碳源制备不同的荧光碳点，观察并研究其荧光性质和荧光强度，旨在发现一种荧光性能优越的荧光碳点。同时，研究不同条件对于荧光碳点生成的影响。最后，研究荧光碳点的一种应用，即应用荧光碳点测量未知溶液中的金属离子含量。

关键词：荧光碳点；新型材料；碳源；影响条件；应用

Preparation and Characterization of Photoluminescent C-dots

Abstract

Photoluminescent C-dots have attactracted considerable attaction as a new type of carbon nanometer.Photoluminescent C-dots is generally less than 10nm in diameter and it have excellent optical preperties .It have not any flash phenomenon.It’s excitation wavelength and emission wavelength can be adjusted.Simultaneously,photoluminescent C-dots have good biocompatibility, low toxicity,molecular weight and particle size.And it have synthetic method of safe operation.Because of its good biocompatibility and low toxicity, it has good prospects for biomarker, fluorescent bioprobe and biological imaging. And excellent physical and chemical properties can make it in the environmental analysis, photoelectric sensor, the new composite materials also has a very important role.

This subject focuses on the study of various carbonaceous materials as carbon sources to produce different photoluminescent C-dots, observe and study the fluorescence properties and fluorescence intensity, aiming to find a fluorescent performance of photoluminescent C-dots. At the same time, the effects of different conditions on the formation of photoluminescent C-dots were studied. Finally, an application of photoluminescent C-dots is used to measure the metal ion content in unknown solutions using photoluminescent C-dots.

Keywoeds：Photoluminescent C-dots；New Materials；Carbon Source；Influence Condition；Application

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2文献综述 1

1.3研究难点及其解决办法 2

1.4本文概述 2

第二章 不同碳源制备荧光碳点 3

2.1实验原料与仪器 3

2.2实验方案及记录 4

2.2.1无掺杂荧光碳点的制备 4

2.2.2氮掺杂荧光碳点的制备 5

2.2.3硫掺杂荧光碳点的制备 7

2.2.4无掺杂与N、S掺杂碳点的对比 8

第三章 不同因素对于荧光碳点的影响 9

3.1加热时间的影响 9

3.2 PH的影响 9

3.3浓度的影响 10

第四章 荧光碳点的提取 13

4.1制备（以富马酸为例） 13

4.2离心 13

4.3干燥 13

4.4结果 14

第五章 荧光强度的测定 15

第六章 Ca² 浓度对碳点荧光强度的影响 18

第七章 总结 19

致谢 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

在当今世界上，随着科技日新月异的发展，我们的生活也因为各种新型材料的出现得到了各种各样的改变。其中，碳纳米粒子引起了人们越来越浓重的研究兴趣。碳纳米粒子作为一种新型的纳米材料，因为其独特的纳米效应、理化特性和优异的性能得到了广大研究人士的关注^[1]。科学家依据碳纳米粒子所含维度的不同将碳纳米粒子区分为三个种类：二维的石墨烯，一维的碳纳米纤维、碳纳米管和零度的富勒烯、纳米金刚石^[2]。

在碳纳米粒子研究初期，科学家们广泛认为碳纳米粒子是没有荧光性能的。直到2004年在分离纯化单层碳纳米管（CNTs）时首次发现了可以产生荧光的的碳纳米粒子。然后到2006年时，可以产生荧光的碳纳米粒子正式被命名为荧光碳点。自此，科学家们开始对荧光碳点发起了各式各样的研究。

荧光碳点是一种新型的碳纳米材料，其一般直径小于10nm，拥有荧光稳定性高、无闪光现象；激发波长和发射波长可调控；生物相容性好，毒性低；分子量和粒径小；合成方法操作安全的性质。由于生物相容性好，毒性低的特性，使其在生物标记、荧光生物探针、生物成像方面具有良好的发展前景^[3]。并且优异的理化性质可以使其在环境分析、光电传感、新型复合材料方面同样具有十分重要的作用。到目前为止，荧光碳点的研究已经取得了一系列的成果，但是，荧光碳点作为一种新型材料，已经研究的还远远不够，需要更长时间、更广范围的研究。

1.2文献综述

荧光碳点作为新型荧光碳纳米材料,不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性,而且还具有低细胞毒性。为了合成出荧光量子产率更加高、荧光寿命更长、性能更为优良的碳点，这些年来碳纳米材料的研究高速发展，取得了较大的进步^[4]。到目前为止，碳点的合成方法可以分为以下几类：水热法、电化学法、氧化法、微波法、模板法、电弧放电法和激光烧蚀法等^[5]。

水热处理法虽然所需的反应时间较长（往往需要几个小时至几十个小时），但其适用于实验室制备及研究，因此最近几年发展很快。电化学法制备荧光碳点的过程中碳源利用率更为高效，且易于大量合成。通过电化学法制备的碳点粒径小、分布窄、发光性能优良。微波法采用微波加热碳水化合物合成碳点，简单快捷，利用控制微波加热时间的长短，可得到尺寸与荧光性质有差异的碳点。模板法是制备荧光碳点的一种重要方法，其自身具备许多优于其他方式的优势，集合成、组装于一体化，制备化学稳定性和分散性较好的材料。首先进行模板设计，其次，对其尺寸、形貌、结构和排列等依据空间限域、结构导向作用等进行调整。激光烧蚀的方法制备、钝化一步进行，简化了制备步骤且易于工业化生产。实验结果呈现，选择合适溶剂可优化碳点荧光性能。但此方法有一个弊端就是制得的碳点粒径较大。所以本实验采用水热法制备荧光碳点并进行研究。

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