基于葡萄糖酸盐制备的金属离子掺杂碳点及其结构与性能研究
发布时间：2023-04-08 00:54
碳点,作为一种新型的碳基荧光纳米材料,具有制备简单、发光波长可调、光学性质稳定、生物相容性好和易于表面修饰等优势,使其在显示、传感、催化、生物医学和光电器件等应用中展现出巨大的发展前景。自碳点被合成以来,大量关于调控其结构与性质的工作不断涌现,旨在提高碳点发光效率、拓宽光谱覆盖和开发其特殊应用。其中,杂原子掺杂被研究者们广泛采用,并被认为是最有效的调控手段,以氮为主的杂元素掺杂能够调节碳原子的电荷分布,从而导致碳点的光学和电子性质发生改变。除了非金属元素外,受益于金属元素的活性电子层结构和特别功能,金属离子掺杂策略有望可以赋予碳点特定的性能与应用。不同于碳点-金属基复合杂化材料,金属是主要组分而碳点通常只是作为辅助提高金属半导体性能的添加剂,其中仍然存在着制备工序复杂和成本高的问题。金属离子掺杂碳点则是以碳点为主体,掺杂低含量的金属离子,其本质仍是碳点,保留了其良好的生物相容性和合成简单的优势。然而,金属离子掺杂碳点属于一个新的研究领域,有关报道较少,且方法不具普适性,缺乏利用金属离子定制碳点的新性能与新应用。本论文中,首次基于葡萄糖酸金属盐原料新体系,设计合成了一系列的金属离子掺杂碳...
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 碳点的发展及分类
1.1.1 石墨烯量子点
1.1.2 碳量子点/碳纳米点
1.1.3 碳化聚合物点
1.2 碳点的结构与性质调控
1.2.1 反应原料
1.2.2 合成条件
1.2.3 溶剂效应
1.2.4 表面钝化/修饰
1.2.5 元素掺杂
1.2.6 分离纯化
1.3 碳点类材料的相关应用
1.3.1 显示
1.3.2 传感与检测
1.3.3 生物医学
1.3.4 能源与催化
1.4 金属掺杂碳点的性能及应用
1.4.1 金属掺杂碳点合成
1.4.2 金属掺杂碳点的性质及应用
1.5 本文的选题及设计思路
第二章 锌离子掺杂碳点的制备及在检测EDTA和 Zn2+中的应用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 锌离子掺杂碳点的制备
2.2.3 仪器表征
2.2.4 荧光淬灭模式检测溶液中的EDTA
2.2.5 荧光恢复模式检测溶液中的Zn2+
2.2.6 细胞毒性实验
2.2.7 细胞成像实验
2.3 锌离子掺杂碳点的结构与性质
2.3.1 锌离子掺杂碳点的光学性质
2.3.2 锌离子掺杂碳点的结构表征
2.4 锌离子增强碳点荧光的机理研究
2.5 锌离子掺杂碳点在荧光“Off-On”模式检测EDTA和 Zn2+方面的应用
2.5.1 荧光“Turn-off”型测溶液中的EDTA
2.5.2 荧光“Turn-on”型检测溶液中的Zn2+
2.5.3 荧光“Off-on”模式检测实际环境中的EDTA和 Zn2+
2.5.4 细胞成像以及体外检测应用
2.6 本章小结
第三章 镁离子掺杂碳点的制备及在促骨再生中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料
3.2.2 镁离子掺杂碳点的制备
3.2.3 仪器表征
3.2.4 细胞毒性与细胞成像实验
3.2.5 碱性磷酸酶活性测定实验
3.2.6 实时定量逆转录-聚合酶链反应实验
3.2.7 细胞矿化实验
3.2.8 体内骨修复实验
3.3 镁离子掺杂碳点的合成与表征
3.4 镁离子掺杂碳点的体外成骨细胞分化作用研究
3.4.1 细胞毒性、摄取以及成像实验
3.4.2 碱性磷酸酶活性测试实验
3.4.3 定量逆转录-聚合酶链反应实验
3.4.4 茜素红染色实验
3.4.5 方法普适性
3.5 锌离子掺杂碳点/生物支架复合材料的制备和表征
3.6 锌离子掺杂碳点/生物支架复合材料的体内骨缺损修复实验
3.6.1 锌离子碳点体外细胞矿化染色实验
3.6.2 复合支架材料体内骨缺损修复实验
3.7 本章小结
第四章 钴铁双离子掺杂碳点的制备及在电催化分解水中的应用
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料
4.2.2 钴、铁离子双掺杂碳点的制备
4.2.3 碳负载的钴、铁双离子掺杂钌单质网络的制备
4.2.4 仪器表征
4.2.5 工作电极的准备
4.2.6 电化学分解水测试
4.2.7 理论计算
4.3 钴、铁双离子掺杂碳点的合成与表征
4.4 钴、铁双离子掺杂碳点的电催化分解水产氧应用
4.4.1 电催化产氧性能测试
4.4.2 理论模拟和机理解释
4.4.3 钴、铁双金属协同作用研究
4.5 一锅法合成碳负载钴、铁掺杂钌和钴、铁掺杂碳点的结构表征
4.5.1 水热法一锅合成两种不同功能材料
4.5.2 碳负载钴、铁掺杂钌单质网络的形貌和结构表征
4.5.3 钴、铁双离子掺杂碳点的形貌和表征
4.6 碳负载钴铁掺杂钌的电催化分解水产氢应用
4.6.1 电催化产氢性能测试
4.6.2 理论计算及活性归属
4.6.3 钴、铁双离子掺杂碳点的电催化产氧性能
4.7 电催化全解水应用
4.8 本章小结
总结与展望
全文总结
未来展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间发表研究成果
致谢
本文编号：3785671
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 碳点的发展及分类
1.1.1 石墨烯量子点
1.1.2 碳量子点/碳纳米点
1.1.3 碳化聚合物点
1.2 碳点的结构与性质调控
1.2.1 反应原料
1.2.2 合成条件
1.2.3 溶剂效应
1.2.4 表面钝化/修饰
1.2.5 元素掺杂
1.2.6 分离纯化
1.3 碳点类材料的相关应用
1.3.1 显示
1.3.2 传感与检测
1.3.3 生物医学
1.3.4 能源与催化
1.4 金属掺杂碳点的性能及应用
1.4.1 金属掺杂碳点合成
1.4.2 金属掺杂碳点的性质及应用
1.5 本文的选题及设计思路
第二章 锌离子掺杂碳点的制备及在检测EDTA和 Zn2+中的应用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 锌离子掺杂碳点的制备
2.2.3 仪器表征
2.2.4 荧光淬灭模式检测溶液中的EDTA
2.2.5 荧光恢复模式检测溶液中的Zn2+
2.2.6 细胞毒性实验
2.2.7 细胞成像实验
2.3 锌离子掺杂碳点的结构与性质
2.3.1 锌离子掺杂碳点的光学性质
2.3.2 锌离子掺杂碳点的结构表征
2.4 锌离子增强碳点荧光的机理研究
2.5 锌离子掺杂碳点在荧光“Off-On”模式检测EDTA和 Zn2+方面的应用
2.5.1 荧光“Turn-off”型测溶液中的EDTA
2.5.2 荧光“Turn-on”型检测溶液中的Zn2+
2.5.3 荧光“Off-on”模式检测实际环境中的EDTA和 Zn2+
2.5.4 细胞成像以及体外检测应用
2.6 本章小结
第三章 镁离子掺杂碳点的制备及在促骨再生中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料
3.2.2 镁离子掺杂碳点的制备
3.2.3 仪器表征
3.2.4 细胞毒性与细胞成像实验
3.2.5 碱性磷酸酶活性测定实验
3.2.6 实时定量逆转录-聚合酶链反应实验
3.2.7 细胞矿化实验
3.2.8 体内骨修复实验
3.3 镁离子掺杂碳点的合成与表征
3.4 镁离子掺杂碳点的体外成骨细胞分化作用研究
3.4.1 细胞毒性、摄取以及成像实验
3.4.2 碱性磷酸酶活性测试实验
3.4.3 定量逆转录-聚合酶链反应实验
3.4.4 茜素红染色实验
3.4.5 方法普适性
3.5 锌离子掺杂碳点/生物支架复合材料的制备和表征
3.6 锌离子掺杂碳点/生物支架复合材料的体内骨缺损修复实验
3.6.1 锌离子碳点体外细胞矿化染色实验
3.6.2 复合支架材料体内骨缺损修复实验
3.7 本章小结
第四章 钴铁双离子掺杂碳点的制备及在电催化分解水中的应用
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料
4.2.2 钴、铁离子双掺杂碳点的制备
4.2.3 碳负载的钴、铁双离子掺杂钌单质网络的制备
4.2.4 仪器表征
4.2.5 工作电极的准备
4.2.6 电化学分解水测试
4.2.7 理论计算
4.3 钴、铁双离子掺杂碳点的合成与表征
4.4 钴、铁双离子掺杂碳点的电催化分解水产氧应用
4.4.1 电催化产氧性能测试
4.4.2 理论模拟和机理解释
4.4.3 钴、铁双金属协同作用研究
4.5 一锅法合成碳负载钴、铁掺杂钌和钴、铁掺杂碳点的结构表征
4.5.1 水热法一锅合成两种不同功能材料
4.5.2 碳负载钴、铁掺杂钌单质网络的形貌和结构表征
4.5.3 钴、铁双离子掺杂碳点的形貌和表征
4.6 碳负载钴铁掺杂钌的电催化分解水产氢应用
4.6.1 电催化产氢性能测试
4.6.2 理论计算及活性归属
4.6.3 钴、铁双离子掺杂碳点的电催化产氧性能
4.7 电催化全解水应用
4.8 本章小结
总结与展望
全文总结
未来展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间发表研究成果
致谢
本文编号：3785671
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