化学法制备水溶性良好的石墨烯及其荧光淬灭应用

采用两步还原法对氧化石墨烯(GO)进行还原,并在还原过程中通过重氮盐反应对石墨烯表面进行磺酸化,改善了石墨烯在水中的溶解性。采用原子力显微镜(AFM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对石墨烯的形貌以及在还原过程中的组成结构变化进行了表征。经过还原和磺酸化的石墨烯,碳原子平面上的含氧官能团大量消失,得到的石墨烯片尺寸约为1μm,层数大致为双层,可以均匀稳定地分散在水中。在此基础上,研究了石墨烯作为荧光淬灭底物淬灭高量子效率的荧光染料罗丹明B溶液的行为,证实了石墨烯是一种良好的荧光淬灭剂。这为其在荧光探测和生物分子传感方面的应用打下了基础。     

用于表面增强拉曼散射的石墨烯/纳米粒子复合基底材料的研究现状

表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)自从被发现以来在单分子检测、生物医学体系、环境科学、纳米材料以及传感器等领域获得了广泛的应用,而其SERS增强因子、物质吸附能力等性能的好坏主要取决于SERS的基底材料及结构。相比于纳米粒子的SERS基底,石墨烯/纳米粒子复合材料的SERS基底由于石墨烯额外的化学增强作用、表面分子富集和荧光淬灭等功能而受到各国研究人员的重视。首先分析了石墨烯/纳米粒子复合材料的SERS增强机理,然后从材料制备和基底结构两个方面综述了石墨烯/纳米粒子复合材料在SERS上的研究现状,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

N掺杂石墨烯量子点的制备及在Fe~(3+)检测中的应用研究

研究了用热解柠檬酸制备发蓝光的石墨烯量子点(GQDs),并在此基础上,用(NH4)2CO3作N源,在水热条件下制备N掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、荧光光谱仪等对样品的结构和光学性能进行表征。此外,基于荧光淬灭原理,利用N-GQDs构建了一种检测Fe3+的荧光探针。研究表明,N-GQDs的荧光强度随Fe3+浓度的增大而降低,在0~60μmol/L范围内,N-GQDs荧光强度与Fe3+浓度有较好的线性关系,且该探针的检测限低达0.925μmol/L。     

含苯并噻唑基香豆素类铜离子探针的合成及其性能

以香豆素为母体设计合成了一个新型荧光淬灭香豆素类衍生物探针,并研究了其识别能力和结合方式等。研究发现,该探针对Cu2+具有很高选择性、灵敏性,以及较高的荧光淬灭率(达95.2%)。并且当Cu2+浓度在3×10-6~1.5×10-5mol/L范围内,该探针的荧光强度和离子浓度具有较好的线性关系。     

基于AIE特性的有机小分子和聚合物的应用进展

有机发光材料的发展极大地影响了材料科学及其应用的进展。在所有发光体系中,聚集诱导发射(AIE)已成为不可缺少的主流效应,作为一种反荧光淬灭(ACQ)现象,AIE聚集态下的强发射有效地解决了荧光淬灭(ACQ)问题,从而拓宽了发光材料在多种领域的实际应用。AIE分子具有高度扭曲的结构和多样的性能,其分子结构设计和材料的制备过程不断得到优化,具有AIE效应的荧光团也在不断迭代更新。目前为止,研究者发现的AIE发光机理甚多,但有些AIE材料的内在发光机理还需继续探索和具体明确。此外,研究者们致力于发展高质量的新型AIEgens,完善功能性AIE聚合物,检测分析物的特异性识别等,均取得了较大进展,这对AIE材料的实际利用提供更多保障。近年来,AIE分子的新机械理解得到普遍认同,研究人员开发出更多新型结构的AIE化合物,经过巧妙设计成功地将AIE引入超分子领域,实现了高分子发光材料的功能化。目前,AIE分子已成功地用作化学/生物传感和成像的荧光探针以及有机发光二极管(OLED)的发光材料。本文介绍了聚集诱导发射的研究进展,以及近年来基于AIE特性设计的荧光分子并对其结构设计思想进行描述,简单阐述了AIE材料在生物检测、医学治疗和光电领域等方面的前沿应用,为研究者提供参考。     

用于氟离子浓度检测的水溶性荧光探针的制备

以4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并(噁)唑(NBD Cl)为原料,4-(2-丙烯酸胺乙基酯)-7-硝基-2,1,3-苯并(噁)唑(NB-DAE),然后以2-溴异丁酸乙酯(t-EBiB)为引发剂,CuBr/bpy(2,2'-联吡啶)为催化剂,采用原子转移自由基聚合(ATRP),将荧光单体与水溶性单体丙烯酸低聚乙二醇酯(OEGMA)共聚,得到水溶性无规共聚物P(OEGMA-co-NBDAE).对产物进行1 H-NMR,GPC,UV-Vis及FL等相关表征.结果表明:成功制备了结构明确的荧光水溶性共聚物,并研究了该荧光聚合物对氟(F)离子的荧光淬灭现象.随F离子浓度的增加,聚合物的荧光强度不断降低,当F离子浓度增至100μL/cm2时,聚合物的荧光强度为初始(来加F离子)强度的0.035倍,几乎完全淬灭.这种对特定离子的荧光淬灭现象为制备水溶性荧光传感器提供了依据.     

低温剥离法制备高性能石墨烯/ZnO复合材料

采用氧化石墨和七水合硫酸锌作为初始反应物, 在低温下(80℃)合成了氧化石墨/ZnO, 然后通过低温剥离法制备了高质量石墨烯/ZnO (GNS/ZnO)复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重分析仪(TG)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段对石墨烯/ZnO样品进行了表征. 结果表明: 氧化石墨还原彻底, 纳米ZnO成功地负载到了石墨烯上, 有效地减少了石墨烯片层间的团聚现象. 通过对ZnO和石墨烯/ZnO荧光性能测试, 结果表明: 石墨烯/ZnO发生了荧光淬灭现象, 在光电子领域拥有广阔的应用前景.     

新型聚芴／聚对苯乙烯撑聚合物的合成及荧光性能研究

通过Heck缩聚反应首次合成了线型聚芴／聚对苯乙烯撑（PFO／PPV）共轭聚合物，通过FT-IR、^1H-NMR、GPC和TGA等测试表征了聚合物的结构。该聚合物具有良好的溶解性和热稳定性。紫外吸收光谱、荧光分光光度计等手段表征了聚合物的光学性质及其稀溶液的荧光淬灭性质，结果表明该聚合物的二氯甲烷溶液对4-硝基甲苯具有良好的淬灭敏感性。作为新型荧光传感材料，该聚合物在含硝基芳香烃爆炸性气体的检测上有着潜在的应用价值。     

雪莲果皮衍生多模式碳量子点的制备及其防伪应用

以生物质废弃物雪莲果皮为碳源,乙二胺为氮源,采用一步水热法制备蓝色荧光氮掺杂碳量子点(N-CQDs),并探索其在防伪中的应用。实验结果表明：N-CQDs为球形形貌,平均粒径约为1.88 nm;N-CQDs具有类石墨烯结构,表面富含氨基、羧基等官能团;N-CQDs的荧光对Fe³⁺及pH值具有响应性。以PAA为基质,将N-CQDs制备成丝网油墨,印制的图案在自然光下隐形,在紫外光下显示出蓝色荧光图案,移除紫外光后,呈现绿色磷光图案。此外,在图案上喷涂Fe³⁺溶液或碱液,其荧光被明显淬灭。基于响应性荧光碳量子点的防伪图案可实现静态、动态两种模式的信息存储,信息安全性与防伪等级更高。     

石墨烯增强铜基复合材料研究进展

铜(Cu)基复合材料具有优异的力学、热学、电学及耐磨和耐腐蚀等性能,广泛应用于各种工业技术领域。石墨烯(Graphene,Gr)具有二维平面结构和优异的综合性能,是金属基复合材料理想的增强相。石墨烯增强铜基复合材料拓展了铜及其合金的应用范围,适当的制备方法可以使其在保持优异导电导热性能的同时拥有更好的力学性能。石墨烯在铜基体中的存在形式主要以还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片或与金属氧化物/碳化物纳米颗粒连接,旨在增强两者之间的界面结合。因此,石墨烯在铜基体中的结构完整性及存在形式直接影响了其性能的优劣。本文综述了Cu/Gr复合材料的制备及模拟方法、复合材料的性能评价及力学性能与功能特性的相互影响规律。指明Cu/Gr复合材料的发展关键在于：(1)分散性与界面结合;(2)三维石墨烯结构的构建;(3)界面结合对力学性能与功能特性的影响及两者间的相互协调。     

荧光碳量子点荧光淬灭法检测六价铬离子Cr6+

本研究采用谷氨酸作为碳源,通过一步水热法制备得到具有良好稳定性和水溶性的氮掺杂碳量子点(N-CQDs).通过多种表征手段对碳量子点的形态学、表面基团和化学状态进行了分析,结果表明N-CQDs的表面被羧基和氨基功能化.基于六价铬离子(Cr6+)对碳量子点的荧光淬灭效应,建立了一种灵敏度高、选择性好的Cr6+荧光检测方法.实验结果表明,Cr6+对N-CQDs的荧光淬灭程度在Cr6+浓度8～150μmol/L内呈良好的线性关系(R2=0.9769),检出限为4μmol/L,且该检测方法具有良好的选择性和抗干扰性.     

Eu~(3+)浓度对羧甲基纤维素/Eu(Ⅲ)纳米粒子的结构与荧光淬灭的影响

以羧甲基纤维素(CMC)为配体,改变Eu~(3+)离子的浓度合成了一系列具有荧光性能的CMC/Eu(III)纳米粒子,并阐明了Eu~(3+)离子的浓度对产物结构与荧光性能的影响及淬灭机理。傅里叶变换红外光谱及扫描电镜结果表明,Eu~(3+)离子与CMC的-COO~-,-OH,以及-C-O-C相结合而形成配合物,所获得的配合物粒径在60~80 nm范围内;X射线衍射结果显示所得的产物结晶度随Eu~(3+)离子浓度增加而降低;产物的紫外吸收表明配合物的能量吸收主要来自于配体CMC。产物呈现5D0→7F1和5D0→7F2的磁偶极跃迁和电偶极跃迁的典型Eu~(3+)的特征发光,且其荧光淬灭浓度临界值为m(Eu~(3+))∶m(CMC)=0.07∶1,当m(Eu~(3+))∶m(CMC)≤0.04:1时,配合物中存在的未反应的-OH是造成荧光淬灭的主要原因,而m(Eu~(3+))∶m(CMC)大于该值时,产物中的晶胞缺陷是荧光淬灭的主要原因。     

功能化氧化石墨烯载带荧光探针检测白血病细胞(英文)

分别以细胞外实验和和细胞内实验来观察功能化氧化石墨烯(GO)对急性早幼粒细胞白血病细胞株NB4细胞的检测情况。通过比较不同探针浓度、温度、孵育时间等因素,探索最佳条件。结果表明,在室温下,GO吸附200 nmol/L单链DNA荧光探针,并淬灭其荧光;当与含靶分子(PM L/RARα融合基因)的NB4细胞共孵育1小时后,探针便脱离GO,荧光得以恢复,从而准确检测出NB4细胞。     

基于罗丹明的水溶性Cu2+传感探针的合成与性能

以罗丹明6G酰肼(R6GH)和4-(二乙氨基)水杨醛为试剂,通过席夫碱反应制备了一种新的传感探针R6GHS,并对探针的结构进行了表征分析。紫外-可见吸收和荧光光谱研究发现,该探针对Cu2+显示出高度的检测选择性,在乙腈-水(3∶7,体积比)Tris-HCl(pH值=7.0)缓冲溶液中,随着Cu2+的加入,探针螺环打开,可以明显地观察到溶液由无色变为红色,同时伴随鲜有的荧光淬灭现象,并且该响应过程迅速而且可逆,有望用于水质中Cu2+快速检测。     

石墨烯/层状双氢氧化物纳米复合材料在超级电容器中的应用研究

石墨烯/层状双氢氧化物(Gr/LDH)纳米复合材料多变的层状立体结构使其具有比表面积大、功率密度高、机械性能稳定、成分可调控等优良性能,成为储能材料领域备受关注的材料之一。概述了Gr/LDH复合材料的特点及制备方法,并对复合材料在超级电容器领域的应用研究进展进行了评述。Gr/LDH的制备方法有水热合成法、共沉淀法、剥离重堆积法、层层自组装法等。通过制备方法的改进,复合材料可得到更加合理的微观形貌特征,在超级电容器电极材料领域亦表现出更广阔的应用前景。     

Tb3+修饰的MOF荧光探针的制备及L-色氨酸识别性能

以金属-有机骨架材料UiO-66-(COOH)2为基底,采用后修饰法负载Tb3+制备了荧光材料Tb3+@UiO-66-(COOH)2,用于选择性检测色氨酸.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、比表面积分析仪、红外光谱仪(FT-IR)、X射线光谱仪(XPS)等表征方法分析多孔材料的形貌、成分、孔道特性,利用紫外/可见分光光度计(UV-Vis)和荧光光谱仪研究材料的发光特性及氨基酸识别性能.结果表明:MOF材料中配体向Tb3+的能量转移,诱导材料发出明亮的绿色荧光.在13种氨基酸中,只有色氨酸(Trp)对Tb3+@UiO-66-(COOH)2具有明显的荧光淬灭效应,这是由于色氨酸的紫外吸收峰和Tb3+@UiO-66-(COOH)2的荧光激发光谱有较大重合,表明二者对紫外光的吸收具有竞争性,削弱了Tb3+@UiO-66-(COOH)2的紫外光吸收,从而降低了材料的发光强度.进一步发现该材料可灵敏地检测色氨酸(检测限5.53μmol/L),同时具有良好的抵抗来自其他氨基酸干扰的能力.因此,本工作证明了Tb3+@UiO-66-(COOH)2可作为选择性检测色氨酸的荧光探针,同时也为未来色氨酸荧光探针的设计提供了一定的借鉴.     

石墨烯调控3D打印功能钛的组织和性能

用选区激光熔化(SLM)技术制备多孔石墨烯/钛复合材料，研究了石墨烯(Gr)作为增强相对其微观结构、力学性能以及抗腐蚀性能的影响。结果表明：用SLM制备的多孔钛由较小的等轴晶组成，石墨烯加入使其晶粒尺寸进一步减小，石墨烯没有在Ti基体中团聚，部分石墨烯与Ti原位生成的TiC产生了弥散强化。多孔Gr/Ti复合材料的压缩曲线由弹性变形阶段、应力平台阶段和致密化阶段组成，其硬度、抗压强度和压缩率分别为503HV、317.38 MPa和42%；其抗腐蚀性能高于纯钛，腐蚀电位为-0.325 V，腐蚀电流密度为3.28×10^-7 A·cm^-2。     

氮氯共掺杂石墨烯量子点的合成及其对汞离子检测

以果糖、乙二胺、盐酸为原料，采用水热法将N、Cl原子掺杂在石墨烯量子点上，制备出氮氯共掺杂石墨烯量子点(N,Cl-GQDs),利用透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等手段对其结构和性能进行了表征。结果表明：合成的N,Cl-GQDs为分散效果良好的球形，与单独氮掺杂及未掺杂的石墨烯量子点相比，双元素掺杂石墨烯量子点具有更好的光学性能。同时利用电化学发光淬灭原理构建了传感器，实现了对汞离子的检测，计算得出检测限为0.03ng/mL。     

微型注塑PA6/石墨烯复合材料的结晶与力学性能

为制备综合性能优良的尼龙6(PA6)/石墨烯(Gr)复合材料微型齿轮等微型传动制件,采用固相剪切碾磨(S~3M)技术制备了尼龙6 (PA6)/石墨烯(Gr)复合材料并进行微型注塑,通过偏光显微镜(PLM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)、万能材料试验机等表征手段,研究了微型注塑条件对PA6/Gr微型样品的微观形貌、结晶行为和力学性能的影响.结果表明:纯PA6和PA6/Gr微型制品均呈典型的"皮-芯"结构,且后者随模具温度和注射速率的增加,皮层厚度减少,剪切层厚度增加;相对于纯PA6,PA6/Gr微型样品的剪切层厚度更小;采用固相剪切碾磨实现了Gr的片层剥离及其在PA6基体中的良好分散,增加注射速率有利于Gr的片层剥层;Gr的加入和微型注塑有利于PA6晶的形成,微型注塑条件下,降低模具温度和增加注射速率均对PA6晶的形成有促进作用;加入Gr、增加模具温度和提高注射速率均会明显提高PA6/Gr微型样品的屈服强度,但会导致相应断裂伸长率的降低.     

荧光淬灭氧含量检测法中两种荧光寿命定量方法的差异性实验

氧含量检测是生物医学界一个重要课题,故研制开发了以荧光氧淬灭为原理的氧检测实验系统.通过采用Marquardt-Levenberg非线性模拟,表明该实验系统能够真实可靠地反映媒质中氧含量状态.同时,对两种数据记录方法--直接记录法和数据模拟法进行了比较,发现虽然采用数据模拟法需要增加一定的硬件支持和软件数据处理,但就准确性和精确性而言,其应该成为氧检测数据记录的首选方法.