微波合成法制备两亲性生物质碳量子点的研究开题报告

1. 研究目的与意义

本研究以生物质中的木糖作为碳源，在N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）中通过一步微波合成法制备疏水性的荧光碳量子点，通过表面基团修饰或杂原子掺杂等多种方式进一步提高碳量子点的发光性能并对其影响机理进行研究，探究疏水性碳量子点的荧光发射机理，实现其在荧光涂料、金属离子检测、固态发光薄膜等方面的应用。

2. 国内外研究现状分析

碳量子点，通常定义为由sp²/sp³碳内核和外层含氧/氮等官能团组成的尺寸小于10 nm的单分散类球状纳米碳材料。除具有传统量子点的发光性能与小尺寸特性外，还保持了碳材料毒性低、环境友好、生物相容性好等优点，碳量子点不仅有传统纳米碳材料所具有的高比表面积和优异的电子传导特性，还具有独特的荧光性能，因此在生物医药、新能源等领域有着不可估量的发展潜力。

2004年，xu等在制备单壁碳纳米管时，通过对烟灰进行电弧放电处理，偶然得到了具备荧光性能的碳纳米颗粒。2006年，sun等首次采用激光剥离碳源的方法制备出有较好荧光性能的碳纳米粒子，他们称产物为碳点，通过有机分子的表面修饰，其荧光产率可达10％以上。此后，碳量子点激发了国内外学者极大的研究热情。

与其他类型的纳米材料一样，碳量子点的制备方法主要分为自上而下和自下而上两类。自上而下的方法是一个由大变小的过程，指通过物理或者化学的方法将大尺寸的石墨烯、碳纳米管等材料破碎成小尺寸的量子点，包括电弧放电法、激光剥离法和化学氧化法等，原料简单，制备出的碳点表面基团可控，可以根据不同的需要调节反应条件来制备不同结构的cqds，但是一般需要较为苛刻的反应条件，例如酸氧化、电解等，过程比较复杂。因此，科学家们将目光转向自下而上的方法，即通过小分子（如天然气燃烧灰、蜡烛灰、糖类、小分子有机碳源等）作为前驱体，通过一定的化学手段合成更大分子量，以制备碳量子点，如微波辅助法、水热法、溶液化学法和可控热解多环芳烃法等，原料来源广泛，反应过程简单，制备的碳量子点荧光性能通常更为优异，但是制备过程中很难控制表面基团的形成。综合以上，可以根据不用需求和环境条件，来选择合适的方法制备。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1、制备疏水性碳量子点，通过对晶核结构，表面化学基团的分析探究其发光性能；

2、采用表面基团修饰或杂原子掺杂提高疏水性碳量子点的荧光量子产率；

4. 研究创新点

1、选用木糖原料作为碳源，具有来源广泛、绿色无污染、转化利用成本低以及附加值较高等优点；

2、采用一步微波法制备木糖基碳量子点，加热效率高、反应速率快、能耗低。