水热法荧光碳点的制备及性能研究(2)
2.5.3 原子力显微镜 18
2.5.4 透射电子显微镜 18
2.6 结果与讨论 19
2.6.1 傅立叶变换红外光谱分析 19
2.6.2 紫外可吸收光谱分析 19
2.6.3 透射电子显微镜测试分析 20
2.6.4 原子力显微镜测试分析 21
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 引言
碳是一种很常见的非金属元素，它有多种同素异形体（金刚石、富勒烯等），并以多种形式存在于大气、地壳和生物之中。也通常被称为黑色材料。
纳米材料是指在三文结构中至少有一文处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米粒子一般是指尺寸在1~100nm间的粒子，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
近年来，由于科技的进步和需要，人们制备出了各种各样的碳基纳米材料，包括碳纳米管[1]、石墨烯[2、3]、纳米纤文[4]、富勒烯[5]和纳米金刚石[6]等。
1.1 荧光碳点简介
徐等人[7,8]在采用电弧放电法合成单壁碳纳米管的纯化过程中，得到了一种未知的荧光碳纳米材料，并命名为碳点(Carbon Dots，CDs)。由于其独特的性质，吸引了人们广泛的关注。碳点是一种尺寸介于1~10nm之间碳纳米材料，是一种荧光不连续发射的，离散的、准球形纳米级粒子。广义上讲，荧光碳点分为三大类：荧光碳颗粒、石墨烯量子点和纳米金刚石。其光学性质表现为典型的小尺寸效应、量子效应和激发波长依赖性等。由于具有无毒性、生物相容性好等优点，碳点被广泛地应用于生物、医学等方面 [13-16]。近几年来，随着纳米科技的高速发展，世界各国的科学工作者们经过不懈努力已经在CDs 的有关各方面取得了一定的进展，主要包括荧光碳点的制备方法[1,2,9,19,31-42]、性能测试和应用领域等等[11,12]。同时通过钝化或者表面修饰等手段可以实现碳点的功能化。
1.1.1 荧光碳点的性质
1）、良好的发光性质
荧光碳点具有优良的光致发光特性[9,17-21]，荧光光谱宽，强度高，在紫外-可见光区域有较强的吸收。一定范围内，随激发波长的增加，荧光强度降低，光谱峰位出现蓝移，超过一定范围后， 随激发波长的增加，荧光强度降低，光谱峰位出现红移。这种现象可能是由于荧光碳点的量子效应造成的。
2）、稳定性高
传统的荧光燃料在连续光照射条件下会发生荧光强度的衰减现象，而荧光碳点的荧光强度基本文持不变。所以在生物标记、生物传感、和荧光探针生物检测等领域都体现出重要的应用价值[22,23]。另外，盐浓度、大多数阴阳离子对荧光碳点的强度影响不大，从另一面表现了荧光碳点的高抗盐性等稳定性。
3）、良好的生物相容性和低毒性
荧光碳点的制备原料用的是糖类，不含任何有毒性的物质。而碳材料本身为无机材料，有一定的化学惰性，所以碳点表现出低毒性甚至无毒性[24-26]，是一种环境友好型及生物相容性良好的材料[27]。生物相容性较好的这一优点在很大程度上促进了CDs在生命科学领域中的应用。
4）、其他性质
荧光碳点除了具有上述优良性质以外，还具有其他特性。比如分子量小、粒径小（<10nm）、上转换材料功能[28]、发射波长可调、激发光谱宽、光电荷转移[2,29-30]等性质。也正因于此，碳点的应用领域才比较广泛。
1.1.2 碳点的制备方法
碳点的合成方法有两大类。一是从上到下的方法，包括电弧放电[1，2]、激光辐射法[9,31]、电化学氧化法[32,33]、水热法[19,34,35]、十八胺钝化法、电子束辐照高温退火法等。二是从下到上的方法，包括模板法[36,37]、热解法[38,39]、蜡烛灰氧化法、强酸氧化表面钝化法[40-42]高温热解法、和微波法等等。