碳量子点荧光传感器对汞离子的检测研究文献综述

碳量子点荧光传感器对汞离子的检测研究

15402423 吴洛源 药物制剂专业

研究背景及意义

量子点(Quantum Dots, QDs)是在20世纪90年代提出的一个全新的概念，又被称为半导体纳米晶体，是一种纳米级别的半导体材料，直径在1-10 nm之间。常见的量子点由第Ⅱ至第Ⅵ族或第Ⅲ至第Ⅴ族元素组成，如有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等。

量子点作为一种准零维纳米材料，三维尺寸都在10 nm或者更小，导致其内部电子的迁移率在各个方向都被局限在纳米尺度范围内。与传统的荧光染料相比，量子点具有独特的光学性质，如良好的荧光稳定性、宽的激发和发射光谱，这使得它能够在许多潜在的应用中得到开发。通过对材料施加一定的电场和光压，能够激发它发出特定频率的光，光的频率与量子点材料的尺寸相关，可以通过调节这种纳米半导体材料的尺寸控制器发出光的颜色。然而，传统量子点通常由半导体材料制成，特别是镉和硒，在有机相或水相体系中，具有很高的毒性，且制作成本较高。因此，近十年来，研发和制备良性荧光量子点受到人们的广泛关注。

本文旨在制备低成本且绿色合成工艺的氮参杂的量子点，对重金属汞离子进行检测。

荧光碳纳米粒子，或者称为碳量子点（Carbon Quantum Dots，CQDs）是一种新型的纳米材料，由于其低毒性、对环境友好、低成本且合成路线简单，吸引了大量的研究兴趣，成为现有商业化生产出的量子点材料的潜在竞争对手。通过微观表征发现碳量子点由分散的类球状碳颗粒组成，尺寸在10nm以下，具有良好的荧光特性。

2004年Xu等人利用电弧法分离和纯化单壁纳米管（SWCNTs）时，意外在纯化产物中发现了可以发出荧光的CQDs，这些荧光纳米材料在2007年被Sun等人命名为碳量子点。在他们的研究中，提出了一种通过表面钝化来提高荧光强度的QCDs合成方法。随着对碳量子点更加深入的研究，人们在它的合成，性能和应用方面都取得了很大的进展。碳量子的合成方法可以分成两类：自上而下（Top-down）和自下而上（Bottom-up)。自上而下的合成方法是指通过石墨粉或者多壁碳纳米管（MWCNTs）这样的起始原料，通过严格的物理或化学条件制备碳量子点；自下而上的合成方法是指利用像葡萄糖或者果糖这样的小分子，通过施加外部能量（如使用超声破碎、微波、加热等）合成碳量子点。在实际应用中，可以通过设计不同的合成路线，使用不同的原料合成和试剂修饰，生产出达到理想的碳量子点。

与传统量子点相比，碳量子点具有碳源材料丰富、成本低、制备方法简单、光、热、离子稳定性高、生物相容性好、部分碳量子点依赖于pH值等独特特性。另外，不仅具有波长依赖性和非依赖性，还由于尺寸和相对分子量较小的缘故而具有上转化荧光的特性等等。

基于这些优良的性质，碳量子点作为新兴的荧光纳米材料，在细化学传感、生物传感、生物成像、药物递送、光催化、电催化、靶向追踪、光学器件和药物载体等领域具有广阔的潜在应用前景。