摘要
碳点（CDs）是近年来发展迅速的新型荧光纳米材料，因其性能优异和制备方法多样而备受关注。然而，CDs的合成方法、前驱体、溶剂的多样性导致了其结构和发光中心不能用统一的机理去解释。通过控制合成过程中的变量，能对单一变量引起的CDs结构和荧光变化进行更好的观察和规律总结。因此，本文着重于CDs的溶剂工程合成策略研究，进而探讨其对CDs荧光的影响和作用机理，以及探究所合成CDs在生物成像和检测传感领域的应用潜力。相关研究概要如下： （1）以邻苯二胺作为唯一的前体，通过改变DMF/H2O的体积比来调节反应溶剂的极性，而后通过柱层析法严格分离纯化，得到绿色（G-CDs）、橙色（O-CDs）和红色CDs（R-CDs）。详细的表征表明，适当极性的反应溶剂能够扩展CDs表面荧光分子的芳香结构和增加表面C=O的含量，从而降低能隙诱导CDs发射红移。此外，发射中心由核态和分子态双发射中心变为纯分子态发射，导致三种CDs有不同的溶剂变色现象。其中，R-CDs较大的非极性芳香结构，赋予其低极性和亲油性。R-CDs在三油酸甘油酯中的量子效率（QY）为 43.52%，荧光强度是其分散在水性介质中的 108倍。同时，R-CDs还具备良好的生物相容性、较大的斯托克斯位移（113 nm）和优异的光稳定性等优点。因此，所合成的R-CDs可用作微藻脂质的靶向探针，实现富油微藻品种的快速筛选、不同培养条件下微藻脂质含量的监测等。 （2）以邻苯二胺和盐酸多巴胺为前驱体，合成过程利用磷酸调节反应体系的pH值（pH=7, 3, 1），获得发射逐渐红移的CDs即CDs-7（548 nm）、CDs-3（586 nm）和CDs-1（600 nm）。表征结果表明，提高反应体系的酸性能促进前体碳化交联，导致sp2共轭域尺寸和石墨化程度增加，从而使CDs的荧光红移。另外，酸性环境有利于CDs表面氧化形成羧基，进一步促进了CDs荧光的红移同时改善量子效率（QY）。进一步地，利用 CDs-1 的高 QY（14.8%）和溶剂变色特性，将其作为荧光探针分别检测了乙醇（EtOH）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和1,4-二氧六环（DIO）中的痕量水，检出限（LOD）低至0.86%、0.123%和0.023%，证明CDs-1在痕量水的检测方面具有应用潜力。
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