基于微流控芯片技术合成碳量子点及其性质研究-化学工程与技术专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 中图分类号：TN492 学校代码：10188 UDC： 密级：公开 基于微流控芯片技术合成碳量子点及 其性质研究 硕 士 研 究 生：赵志海 导 师：孙墨杰 教授 学 位 类 别：工学硕士 学 科 专 业：化学工程与技术 所 在 单 位：化学工程学院 答 辩 日 期：2016 年 4 月 授 予 学 位 单 位：东北电力大学 Classified Index: TN492 U.D.C: SYNTHESIS OF CARBON QUANTUM DOTS WITH MICROFLUIDIC CHIP AND PROPERTY RESEARCH Candidate： Zhao Zhihai Supervisor： Prof. Sun Mojie Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Chemical Engineering and Technology Affiliation： College of Chemical Engineering Date of Defence： Apr. 2016 Degree-Conferring-Institution： Northeast Dianli University 摘 要 摘 要 近年来，碳量子点（Carbon Quantum Dots, CQDs）因具备亲水性，低细胞毒性，化学 及光稳定性等优异性质，在化学、生物医学、传感学及光电子学领域得到了广泛的关注与 应用。传统宏观体系合成碳量子点时存在操作繁琐、反应控制困难、反应物耗量大等不足。 微流控芯片技术（Microfluidic Chip）能够将样品的混合、反应、分离、检测等基本操作单 元集成到一块几平方厘米的芯片上，极大简化了实验操作，同时通道内流体通过计算机系 统控制，提高了反应的可控性，通道小尺寸的特点，使试剂消耗量低。微流控芯片凭借自 身具备的独特优势，在化学合成领域得到了广泛关注，但用于碳量子点合成的研究所见报 道尚且较少。 本课题旨在基于抗坏血酸在醋酸铜催化下的热分解反应设计制作一款新型的微流控 芯片用于碳量子点合成。实验过程中分别在宏观体系及微流控芯片中进行了碳量子点的合 成实验，并对产物的荧光性能、化学组成、形貌结构等进行系统的分析，同时考察所得碳 量子点在 pH 及 Fe3+检测领域的应用。 首先，宏观体系中制备出了在 365nm 紫外光照射下发射蓝色荧光的亲水性碳量子点， 该碳量子点为准球形、具有明显晶格结构、表面含有大量羟基与羧基。其次，根据合成反 应的特点设计制作了一款用于碳量子点合成的新型微流控芯片，该芯片可以实现反应物的 高效混合，并为碳量子点的生长提供足够的时间，通过控制反应物的流体力学与热力学参 数，在芯片出口处可以收集到具有荧光性能的碳量子点产物。X 射线光电子能谱、红外光 谱、紫外-可见吸收光谱分析结果显示，利用该芯片合成的碳量子点表面相比于宏观体系合 成的样品含有更多的 C=C 键，说明反应物的碳化过程在芯片中进行的更加彻底。再次，利 用芯片合成的碳量子点在中性条件下具有最佳的荧光效果，过酸或过碱都会引起荧光淬灭， 在酸碱范围内其荧光性能随着 pH 值的变化呈现出线性关系。最后，Fe3+可以特异性的淬灭 碳量子点的荧光，而在 0.5mmol/L 浓度范围内该淬灭效果随着离子浓度的增加呈现出线性 增强的趋势。 本课题利用微流控芯片合成荧光碳量子点，通过完善微通道的设计及对各项反应条件 的控制，最终制备出了具有优异荧光性能的碳量子点。利用微流控芯片合成的碳量子点对 pH 及 Fe3+具有优异的响应性，这为 pH 与 Fe3+的检测开辟了一条新的检测方法。 关键词：碳量子点；微流控芯片；荧光；宏观体系；化学检测 - I - - - II - 万方数据 东北电力大学工学硕士学位论文 Abstract Carbon quantum dots (CQDs) possess excellent physical, chemical and biological properties, such as aqueous dispersibility, low cytotoxicity and high resistance to chemical and photo bleaching, making it gain wide attention and application in chemistry, biomedicine, sensormetrics and optoelectronics for the past few years. Disadvantages such as complex o