摘要
近年来，碳基纳米材料的研究取得重大进展，因其具备优良的物理化学性质而得到科学家的广泛关注，在材料应用、生物分析和环境检测等领域具有很大的发展前景。碳点（Carbondots，CDs）作为一种典型的碳基纳米材料，在兼具碳基纳米材料的优点之上，又独具自己的特性。与传统荧光纳米材料相比，CDs因其具备易于功能化、成本低、光学性能优异、低细胞毒性和绿色环保等特点，在环境污染物检测中受到广泛关注。为了扩大CDs在环境领域的应用，本文针对优化荧光性能、探求发光机理等问题做了大量研究，实验结果表明通过掺杂不同杂原子调节CDs的性质，为其在环境污染物检测方面带来更广泛的应用。目前，基于CDs构建的传感平台主要以单一的荧光发射为输出信号用于目标污染物检测，这种传感模式容易受到外界环境和探针浓度等条件的影响。双模式检测模式可以极大地减少上述干扰因素，达到高精确性检测。本论文通过用不同的原料制备出功能化CDs，以功能化CDs设计一种荧光和比色双模式的纳米传感器用于环境污染物（抗生素和重金属）的检测分析。主要研究内容结果如下： （1）以蔗糖、磷酸和乙二胺为原料制备了原始碳点，然后通过简单的还原途径合成了N,P,B共掺杂的还原态碳点（Reducedcarbondots，r-CDs），使表面的化学官能团发生变化。基于四环素（Tetracycline，TC）与r-CDs表面的官能团具有特异性结合能力，以r-CDs为双模式检测平台，成功用于TC的监测。在r-CDs溶液中加入TC，由于两者发生荧光共振能量转移，在紫外灯下，导致r-CDs的荧光被TC减弱。构建荧光淬灭率和TC含量之间的关系，并发现两者之间存在良好的相关性，以低检测限实现高灵敏性检测TC。同时，由于r-CDs与TC之间相互结合成特定的配合物，在自然光下，通过肉眼观察溶液颜色变化检测TC（无色到红色），以低检出限实现高精确性检测。此外，还进行了抗干扰实验和实际样品分析，在养殖废水中回收TC，与其他荧光检测技术相比，具有良好的回收效果，达到98%-102%。本工作设计了双模式检测方法，并成功用于TC特异性检测，有望为实际废水实时现场检测TC的研究提供新可能。 （2）以蔗糖、硼酸和三聚氰胺为原料，基于具有过氧化物酶活性的硼氮共掺杂碳点（Boronandnitrogencodopedcarbondots，B,N-CDs）设计了一种新型纳米材料传感器，对其官能团、组成元素和光学性质进行了一系列表征分析。由于B,N-CDs和汞离子（Mercury，Hg2+）发生动态猝灭和静态猝灭的双重结合，以B,N-CDs作为荧光探针检测Hg2+。同时，3,3'',5,5''-四甲基联苯胺（3,3'',5,5''-tetramethylbenzidine，TMB）被B,N-CDs氧化生成蓝色阳离子自由基，溶液变蓝色。随后加入半胱氨酸抑制阳离子自由基的出现，溶液蓝色消失；而Hg2+的加入使TMB阳离子自由基的生成路径重新形成，以此构建“on-off-on”比色信号用于检测Hg2+，两种检测模式以极低的检出限5.3nM和7.8μM实现Hg2+的高灵敏性、高准确性检测。此外，在复杂水环境中，进行选择性和实际样品分析，B,N-CDs荧光和比色双模式检测Hg2+有很好的应用前景。因此，B,N-CDs双模式检测水溶液中的Hg2+为解决环境监测和修复重金属离子污染问题开辟了新的途径。 （3）对两种功能化CDs的性能进行文献比较分析，与以往相关文献报道的检测方法相比较，评价两种功能化CDs污染物检测的优劣，结果表明r-CDs荧光比色检测TC具有一定的优势，B,N-CDs也具有检测Hg2+的优良性能。根据国家水质污染物标准，并对这两种纳米材料适用的水域进行分析。这两种功能化CDs对TC和Hg2+的检测具有高灵敏性和精确性，并能实现现场平台检测，r-CDs检测TC主要适用于养殖废水和农业废水，而B,N-CDs检测Hg2+适用于电镀厂废水和湘江河流。
NETL