生物质碳量子点的制备及应用研究进展

碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）是一种新型生物荧光碳纳米材料,具有良好的生物相容性、水溶性、稳定的光电性质、强荧光性、低毒性、易于功能化等优质特性,受到研究者们的广泛关注。其中,采用生物质作为前驱体制备生物质碳量子点过程绿色环保,还可以赋予低价值的生物质废弃物更高的综合利用率。本文综述了生物质碳量子点的制备原料、制备方法以及在细胞成像、离子检测、能量储存等方面的应用。     

生物基N,S双掺杂荧光碳点的制备及其应用

为了扩展造纸废液中的木质素磺酸钠的应用,以木质素磺酸钠和半胱氨酸为原料通过绿色的一步水热反应制备N, S双掺杂碳点,利用紫外可见光谱、荧光光谱和透射电镜等表征了碳点的光学性能、结构和对金属离子的选择性检测性能,结果表明制备的N,S双掺杂碳点可以识别Fe~(3+),在0.5～100μmol×L~(-1),Fe~(3+)的浓度与制备的碳点的荧光猝灭强度有良好的线性关系(R2=0.995)。将制备的碳点用于实际水样,结果表明可实现水样中3价铁离子的检测。此荧光探针原料成本低廉,制备绿色简便,在检测领域和生物质资源的高附加值应用领域有着很好的应用前景。     

石油焦基碳量子点的制备及其荧光性能

首次以炼油行业的副产品石油焦为碳源,采用超声法和化学氧化法制备出粒径均一、分散性良好,具有激发依赖性和上转换性能的水溶性碳量子点(CQDs)。考查了反应温度、反应时间对CQDs荧光性能的影响,借助于荧光光谱分析优选合成CQDs的工艺参数,采用TEM、XRD、Raman、FT-IR对CQDs的微观组成结构、形貌尺寸、表面官能团等进行了表征,借助紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究其荧光性能,并对所制CQDs的荧光发光机理进行了探讨。结果表明,反应温度为120℃,反应时间为12 h是制备CQDs的较优工艺参数,所制CQDs的平均粒径为5 nm左右,有一定的结晶度和表面缺陷,表面有丰富的含氧官能团,发黄绿色荧光,荧光量子产率为1.6%,荧光性能良好。该CQDs在光催化、光电转换、生物成像等方面具有良好的应用前景。     

生物质基碳量子点的制备及其光谱性质研究

以木屑为前驱物制备的活性炭为碳源,采用化学氧化法,用聚乙二醇2000进行表面钝化,制备出了水溶性的生物质基碳量子点。优化了CQDs的合成方法：0.3 g生物质基活性炭, 40 mL HAc-80 mL 30% H₂O₂ 混合氧化剂,反应温度为100 ℃,反应时间为12 h。采用微波和超声结合法进行钝化,修复了CQDs的表面缺陷,荧光强度和量子产率均得到了提高。采用透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱仪、荧光分光光度计和傅里叶红外分光光度计进行表征,所合成的碳量子点发光性能优异、粒径小、分散性好,且无团聚现象。进一步考察了光照、温度和体系pH值对碳量子点性能的影响,结果表明,光稳定性好,抗光漂白性优异,荧光强度具有pH值依赖性,且易于表面功能化。     

检测环境水体中银离子含量的新型碳基光学传感器

以木质素磺酸钙为原料,通过常温下分子自组装和超声波辅助法制备木质素基碳量子点(CQDs),探究木质素磺酸钙和NaBH_(4)对CQDs荧光性能的影响并优化CQDs合成条件。研究结果显示:优化后的CQDs合成条件为木质素磺酸钙质量浓度60 g/L,还原剂NaBH_(4)质量浓度50 g/L。利用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱(UV-vis)和荧光光谱(FL)对CQDs的结构形貌及光学特性进行分析,结果显示:CQDs粒径小((9.5±0.5)nm)且分布均匀、无团聚现象,光学性能优异且荧光量子产率达12.4%。此外,基于CQDs探究不同银离子浓度对其荧光强度的影响,结果表明:CQDs对Ag^(+)具有较好的荧光识别性和灵敏度,在0~250μmol/L范围内CQDs荧光淬灭强度比值与Ag^(+)浓度呈线性关系(R^(2)=0.998),检测限可达525 nmol/L。同时,CQDs荧光选择性优异且表现出较低的细胞毒性,有望在生物传感和环境检测领域展现出潜在应用价值。     

生物质类吸附材料在环境污染治理中的研究进展

以农林废弃物等生物质为原料制备各种新型吸附剂,既实现了对农林废弃物的资源再利用,也可以用其简单高效处理各类污染物废水。本文主要综述了以农林废弃物为原料制备生物炭,用以去除环境中污染物的研究进展,讨论了生物炭的制备和改性方法,以及其在治理重金属离子、有机污染物、新污染物,以及土壤修复和“碳中和”等方面的应用,并对生物质类吸附材料在未来环境污染治理中的发展方向进行了展望。     

生物质基碳量子点研究现状及展望

碳量子点作为一种新型零维碳基纳米材料,相较于传统半导体量子点,因其低毒性、良好的生物相容性、成本低廉等优点,在传感检测、生物成像等领域得到极大发展。近年来,碳量子点的合成方法不断发展,其中,采用生物质基作为碳源的绿色合成方法,将天然原料或垃圾废弃物转化为量子点,可以有效降低生产成本,实现废弃资源的高效转化,是未来实现绿色化工与可持续发展的趋势。本文主要介绍了生物质基碳量子点的合成方法以及在生物医学领域应用的最新进展,通过对传统碳量子点和生物质基碳量子点比较,对生物质基碳量子点的应用前景和发展方向进行了展望。     

山竹壳基荧光碳量子点制备

以生物废弃物山竹壳为原料,通过一步碳化的方法获得碳质量分数75%以上,具有相对完整碳网结构的碳化山竹壳。再以碳化山竹壳为碳源,采用混酸氧化切割的方法,成功制备具有蓝绿色荧光的山竹壳基碳量子点,该碳量子点平均粒径为2.7 nm。荧光光谱分析证明其具有波长依赖的特性,可实现多色彩发光。红外图谱分析证明该CQDs表面富含羟基羧基,水溶性良好,易于修饰钝化。     

碳基功能材料的制备及其在锂空气电池中的应用

碳材料的研究开发是电化学能源存储技术发展和应用的关键之一,新型碳材料具有原料丰富、成本低廉、比表面积大、导电性优异、化学性能稳定等优点,被广泛地应用于诸如环境修复、电化学及生物医学等领域,备受国内外专家、学者的关注.综述了碳基功能材料在锂空气电池中的发展历程,针对碳材料的两种典型代表石墨烯和生物质衍生碳的制备及改性研究进行了详细介绍.讨论了石墨烯的元素掺杂改性,并阐述了金属及金属氧化物负载对锂空气电池的性能提升;探讨生物质衍生碳具有N、P、S等元素的自掺杂效应及其结构的纳米化和优化制备工艺对催化性能的影响.分别对两种碳材料的优势进行了分析,对面临的挑战进行了总结.     

碳量子点的制备及其光催化性能

以高温煤焦油沥青的甲苯可溶物为碳源,采用绿色工艺(H₂O₂化学氧化法)制备碳量子点(CQDs),并以水热沉积法与TiO₂制备复合催化剂,采用TEM、FTIR、XPS、XRD和UV-Vis等技术对二者形貌和结构进行表征,探究复合催化剂光催化降解亚甲基蓝的效果。结果表明,所制备CQDs平均粒径为1.33 nm,含有羟基和羧基等官能团,水溶性较好,荧光量子产率为4.52%。CQDs/TiO₂复合催化剂2 h内对亚甲基蓝(MB)降解效率可达到82.7%,显著优于纯TiO₂(25.4%)。     

K+掺杂g-C3N4污泥基复合材料的制备及其光催化性能

以水性油墨废水絮凝污泥、三聚氰胺和碳酸钾为原料，采用煅烧法制备了钾掺杂石墨相氮化碳（g-C3N4）污泥基复合光催化吸附剂（AC/K-CN），并利用X射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射（UV-vis DRS）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积（BET）、扫描电镜（SEM）和荧光（PL）光谱等对复合材料的晶体结构、形貌和光电性能等进行了表征，同时将复合材料在可见光照射下应用于光催化降解阳离子蓝X-GRRL，进行光催化性能评价。结果表明，AC/K-CN复合催化剂对阳离子蓝X-GRRL的光催化活性明显高于纯g-C3N4或AC，这归因于复合材料的有效电子-空穴分离。与纯g-C3N4和AC相比，AC/K-CN复合催化剂在模拟日光下对质量浓度为20 mg/L的阳离子蓝X-GRRL的脱色率分别提高了43.17%和46.76%。     

低碳生物基塑料研究进展

综述了近年来各类生物基塑料的研究现状与发展趋势。重点介绍了以工农业副产品、生活垃圾、活性污泥等有机废弃物为原料制备生物基塑料的研究现状,并指出测定生物基塑料中生物质碳含量的重要性。     

以废弃物为基质的石墨烯绿色制备及其特性研究进展

碳基纳米材料中,石墨烯因其独特的热学、力学、电学性能和二维结构而备受关注,并在能源、汽车、航天和电子等领域被广泛应用。然而,成本高、反应条件苛刻、生产能力低等原因,已成为限制石墨烯产业化和应用的瓶颈。随着对石墨烯研究的深入,已有方法可以利用废弃物(如生物质废弃物、塑料)为基质制备石墨烯。本文综述了近年来以废弃物为基质制备石墨烯的研究情况,以期为发展石墨烯的绿色制备提供参考。     

碳量子点制备及其在环境治理领域应用进展

碳量子点(CQDs)是一种新型的碳纳米材料,具有低毒性、独特的荧光性能以及低成本等特点,在环境治理领域有着广泛的应用.本文重点介绍了介绍了近年来CQDs的不同制备方法,讨论其优缺点,并对于CQDs研究过程中存在的缺陷进行分析,为CQDs的发展提供了思路与建议.     

碳点的绿色合成以及对染料的吸附研究

从环境保护的观点出发,以农林废弃物波斯菊为原料,通过简化的一步法水热法合成了具有优异性能的碳点(CDs)。通过大量的表征分析实验证明,制备的碳点粒径为1～3 nm,表面具有羟基,氨基和其他活性基团,在紫外光下发出绿色荧光,具有良好的光致发光性能。此外,本实验中将碳点应用于染料吸附,实验表明该材料对三种不同的染料具有一定的吸附效果,分别是亚甲基蓝(MB),品红色和结晶紫(CV)。实验结果表明,碳点在5 min内对三种染料的吸附量可达到40%以上。该合成方法在一定程度上解决了农林废弃物和染料废水处理困难的问题,为环境保护提供了新思路。     

基于百香果壳的荧光碳量子点的制备及对Fe3+的检测

以百香果壳为原材料,采用水热法合成荧光碳量子点(CQDs),考察了碳量子点(CQDs)对Fe³⁺的检测效果。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱仪、荧光光谱仪等对碳量子点(CQDs)的形貌、结构、基团、光谱特性等进行了表征。结果显示,合成的碳量子点形貌和分散性良好,尺寸约为7 nm。在435 nm的激发波长下,其发射峰位于512 nm处。在反应温度为120℃,反应时间为12 h时,所得到的碳量子点的性能最好。Fe³⁺对CQDs荧光有明显的猝灭现象,而其他金属离子的加入不会改变CQDs的荧光强度及发射峰位置,说明合成的CQDs可以实现对Fe³⁺的特异性检测。     

壳聚糖基阻燃剂的制备及表征分析

为制备1种绿色环保的生物基杂化阻燃剂，采用绿色天然高分子壳聚糖（CS）为“核”，植酸（PA）和三聚氰胺（MEL）为“壳”，通过静电相互作用制备了壳聚糖基核-壳结构阻燃剂（CS@PA@MEL），以解决生物可降解聚合物基体易燃、阻燃效率低等问题。通过傅里叶红外光谱（FTIR）对CS@PA@MEL的结构进行表征。采用热失重分析（TG）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和元素能谱分析对杂化结构的热稳定性、微观形貌和元素组成进行研究。结果表明：CS@PA@MEL呈现C—N、—C=N—和P—O、P=O的特征吸收峰；PA和MEL的引入显著降低CS的热分解速率，提高残炭率；CS@PA@MEL表现出明显的包覆褶皱结构，同时P、N元素含量有明显提升，证实了PA和MEL成功对CS进行包覆改性。     

水溶性碳量子点的制备及防伪应用

以壳聚糖为原料,采用水热法一步制备水溶性的荧光碳量子点（CQDs）,考察反应条件（壳聚糖质量浓度、温度和时间）对CQDs产物表面官能团和产率的影响,采用TEM、FTIR、XRD、UV-Vis和PL等技术对其形貌、结构和性能进行了表征,并探究其在防伪领域的应用。结果表明,当壳聚糖质量浓度为10 g/L,温度为180 ℃,时间为12 h时,制得的CQDs结构完整且产率较高;微观表现为球状纳米颗粒,直径约为36.2 nm,表面伴有羟基和氨基官能团;制得的CQDs在293和330 nm处均有吸收峰,表现为蓝色荧光,荧光量子产率约为39.8%。将其配制成墨水后,结合喷墨印刷,在自然光和紫外光下可有效实现加密信息的“显”和“隐”,具有较好的防伪效果。     

二元配合物二水合-[N，N＇-双（2-苯胺基）乙二酰胺]合铁（Ⅱ）的合成与表征

合成了新型二元配合物二水合-[N，N＇-双（2-苯胺基）乙二酰胺]合铁（Ⅱ），并用元素分析、红外、紫外、核磁共振等进行了表征。通过对其荧光性能的研究，发现Fe^2＋对配体二水合-[N，N＇-双（2-苯胺基）乙二酰胺]有较强的荧光猝灭作用。     

生物质催化转化制备戊二醇和己二醇

高级二元醇是重要的化工中间体，其中1，5-戊二醇和1，6-己二醇是具有高附加值的精细化工产品，广泛应用于增塑剂、高级油墨、化妆品、医药、光固化（UV）涂料等领域。该文综述了生物质基1，5-戊二醇和1，6-己二醇制备技术的研究现状，与石油基路径相比，生物质基路径具有原料可再生、资源丰富、转化路线短（2-~3步转化）、产物选择性高（大于90%）及水相反应体系绿色无污染等优点，但还存在铂、铑、铼、铱等贵金属催化剂昂贵、转化率偏低和碳氧键断裂机理研究不足等问题。进一步开发非贵金属替代贵金属催化剂和提高贵金属利用率、新的高效制备路径和明晰碳氧键选择性断裂机理具有非常重要的意义。