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微波-水热合成竹焦油荧光碳量子点及其应用

该研究发表于 Analytical Methods（2017），使用 XH-800S 开展 碳量子点、微波-水热法 研究，关键结果包括测得CQDs量子产率 19.3%；即可制备量子产率 19.3%；Zeta电位 +6.94 mV。

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论文编号 407
应用方向 碳量子点、微波-水热法、竹焦油、荧光检测、2、4
关键结果 测得CQDs量子产率 19.3%
核心条件 温度 600 °C / 180 °C
论文编号
407
期刊
Analytical Methods
影响因子
2.596
中科院分区
1 区
发表年份
2017
DOI
10.1039/C7AY01069A
设备型号
XH-800S
作者单位
福建农林大学；福建农林大学 材料工程学院；福建农林大学 金山学院；福建农林大学 生命科学学院；广西大学 林产化学与工程重点实验室
Fujian Agriculture and Forestry University; College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian Province, 350002, China; Jinshan College of Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian Province, 350002, China; College of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian Province, 350002, China; Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products, Nanning, Guangxi Province, 530006, China
研究方向
碳量子点 微波-水热法 竹焦油 荧光检测 2 4

事实快照

  • 论文：微波-水热合成竹焦油荧光碳量子点及其应用
  • 设备：XH-800S
  • 期刊与分区：Analytical Methods，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 600 °C / 180 °C；时间 30 min / 15 min / 24 h
  • 关键结果：测得CQDs量子产率 19.3%；即可制备量子产率 19.3%；Zeta电位 +6.94 mV
  • 用途：可作为 碳量子点、微波-水热法 的论文证据页。

研究摘要

竹焦油是竹炭加工过程中产生的水不溶性半固体副产物。本研究开发了一种简单快速的方法，通过微波-水热路线将竹焦油转化为碳量子点（CQDs），并应用于酸性条件下2,4,6-三硝基苯酚（TNP）的灵敏和选择性检测。所得CQDs经透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和荧光光谱表征。结果表明，CQDs在380 nm激发下发射强蓝色荧光，中心波长450 nm，量子产率高达19.3%。基于CQDs与TNP之间的荧光共振能量转移（FRET）、内滤效应（IFE）和电子转移（ET），建立了TNP的灵敏检测方法，线性范围0.2–20 µM，检测限33 nM。该方法选择性高，适用于天然水样中TNP的分析。

研究背景与解决的问题

竹焦油是竹炭加工过程中产生的水不溶性半固体副产物。

设备应用与实验条件

项目参数
温度600 °C / 180 °C
时间30 min / 15 min / 24 h

关键结果

测得CQDs量子产率 19.3%
即可制备量子产率 19.3%
Zeta电位 +6.94 mV
回收率 91.40%
指标结果
测得CQDs量子产率19.3%
即可制备量子产率19.3%
Zeta电位+6.94 mV
回收率91.40%
回收率98.86%

机制/方法亮点

  • （1）微波-水热合成机制： 微波辐照通过偶极分子旋转和离子传导产生热量，实现反应体系的快速、均匀升温。在180 °C微波水热条件下，竹焦油中的酚类化合物和芳香烃发生脱水、缩合和碳化反应，形成碳核。乙二胺（EN）作为氮源和表面钝化剂，通过静电作用包覆在碳核表面，引入胺基（-NH₂）等官能团，提高了CQDs的水溶性和荧光量子产率。EN还可调节反应体系的pH值，为CQDs的形成提供适宜的碱性环境。微波的快速加热特性将传统需要数小时的水热反应缩短至15 min，显著提高了合成效率。 （2）荧光猝灭机制： CQDs荧光猝灭由三种机制共同主导：；荧光共振能量转移（FRET）：TNP的吸收光谱与CQDs的荧光激发和发射光谱有广泛重叠，满足FRET条件，能量从CQDs转移至TNP导致荧光猝灭。；内滤效应（IFE）：TNP对CQDs发射光的再吸收，减少了检测到的荧光信号。；电子转移（ET）：CQDs的LUMO能级（-3.83 eV）高于TNP的LUMO能级（-5.82 eV），光激发电子从CQDs的LUMO转移至TNP的LUMO，导致荧光猝灭。 三种机制的协同作用使CQDs对TNP具有极高的灵敏度和选择性。 （3）酸性条件稳定性机制： CQDs表面富含胺基（-NH₂）和羟基（-OH）等官能团，在酸性条件下质子化带正电，增强了CQDs的水溶性和分散稳定性。同时，EN的表面钝化作用有效保护了碳核，减少了酸性环境对荧光中心的破坏。因此，CQDs在pH 2–7范围内荧光强度保持稳定，克服了传统荧光传感器在酸性条件下易失活的缺点。

应用价值

  • 原料创新：首次以竹焦油为碳源制备碳量子点，实现了废弃物资源化利用
  • 快速高效：微波-水热法仅需15 min，而传统水热法需要数小时
  • 量子产率高：CQDs量子产率高达19.3%，属于较高水平
  • 酸性条件稳定：在pH 2–7范围内荧光强度保持稳定，克服了传统传感器在酸性条件下易失活的缺点
  • 检测灵敏：TNP检测限低至33 nM，线性范围0.2–20 µM

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常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Analytical Methods（2017），使用 XH-800S 开展 碳量子点、微波-水热法 研究，关键结果包括测得CQDs量子产率 19.3%；即可制备量子产率 19.3%；Zeta电位 +6.94 mV。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Analytical Methods，中科院 1 区。
引用信息
A facile microwave-hydrothermal synthesis of fluorescent carbon quantum dots from bamboo tar and their application
Analytical Methods, 2017
DOI: 10.1039/C7AY01069A