氮掺杂石墨烯量子点的电化学发光分析及可视化检测

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1、分类号：O657学校代码：10697密级：公开学号：201520687硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION氮掺杂石墨烯量子点的电化学发光分析及可视化检测学科名称：分析化学作者：田凯乐指导老师：聂菲副教授西北大学学位评定委员会二○一八年ElectrochemiluminescenceAnalysisandVisualDetectionofNitrogen-dopedGrapheneQuantumDotsAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirem

2、entsforthedegreeofMasterinAnalyticalChemistryByTianKaileSupervisor:NieFeiAssociateProfessorJune2018摘要摘要石墨烯量子点因其尺寸小于波尔半径，因而具有很强的量子限制和边缘效应以及其它一些新颖的特性，在很多领域，石墨烯量子点都表现出潜在的应用价值，例如生物医学和生物成像，化学生物传感器，光电器件，热导体以及光催化等等。为发掘石墨烯量子点的特性及其应用领域，针对石墨烯量子点的表面修饰逐渐引起了重视。经理论研究和实验探究表明，表面功能化和异原子掺杂两种方式能够有效

3、地改善石墨烯量子点的光学以及电子性能，从而产生新的现象和独特的性质。本文以石墨烯量子点为研究对象，在研究其电化学发光性质的基础上，通过氮掺杂和表面功能化两种方式对其改性，研究功能作用化对石墨烯量子点光学性质的影响，并基于此建立了分别用于测定葡萄糖、过氧化氢的电化学发光分析方法和金属锰离子（Ⅱ）的可视化检测方法。主要研究内容如下：1.通过超声-光照下过氧化氢氧化氧化石墨烯片的方法制备了石墨烯量子点，研究了此石墨烯量子点的电化学发光性质；基于过氧化氢对石墨烯量子点独特电化学发光信号的抑制作用以及葡萄糖氧化酶的催化作用，构建了一种灵敏检测葡萄糖的ECL生物传感

4、器。在优化的测定条件下，ECL信号的抑制率与葡萄糖浓度在1.2~120.0pM的范围内呈线性关系，方法检出限为0.3pM。2.合成了鲁米诺功能化的氮掺杂石墨烯量子点（luminol-NGQDs）纳米复合物；研究发现，在luminol-NGQDs复合物体系中，luminol和NGQDs之间能够发生电化学发光共振能量转移（ECL-RET），其中luminol作为能量供体、NGQDs作为能量受体，因此复合物体系产生强的阳极ECL发射而无需额外使用共反应试剂；基于过氧化氢对luminol-NGQDs的ECL信号的增敏作用，建立了一种灵敏检测过氧化氢的ECL方法，

5、方法的线性范围为3.3×10-8~7.4×10-5M，相关系数为0.9986，检出限为1.0×10-8M。3.将一步水热法制备得到的氮掺杂石墨烯量子点（NGQDs）用于开发了一种新型可视化检测Mn2+的比色传感分析方法。NGQDs作为显色剂，在其中加入Mn2+后，通过一定波长紫外灯照射，使得NGQDs溶液颜色从绿色变为红色，同时紫外可见吸收光谱中480nm处产生了新的吸收峰；利用颜色变化的程度和480nm处吸收峰的强度可以对Mn2+进行测定；吸收强度与Mn2+浓度分别在0.01~0.3μM和1.0~20.0μMI西北大学硕士学位论文浓度范围内呈现出良好的

6、线性，检出限为3.0nM。关键词：石墨烯量子点，氮掺杂，电化学发光，能量转移，比色分析IIABSTRACTABSTRACTGraphenequantumdots,duetoitssizeissmallerthanBohr'sradius,havestrongquantumconfinement,edgeeffectsandbeenassumednumerousnovelperformances.Inmanyfields,graphenequantumdotshaveshownpotentialapplications,suchasbiomedicalan

7、dbiologicalimaging,chemicalbiosensors,optoelectronicdevices,thermalconductors,photocatalysisandsoon.Inordertoexpandthepropertiesandapplicationsofgraphenequantumdots,thesurfacemodificationofgraphenequantumdotshasattractedmoreandmoreattention.Theoreticalandexperimentalresultsshowth

8、atsurfacefunctionalizationandheteroatomd