木质素-石墨烯复合量子点荧光探针的制备及应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

碳量子点作为一种新型的量子点材料，具有优良的荧光性能、良好的生物相容性等特殊的物理化学性质在检测领域受到了普遍的关注，然而具有高选择性的生物质荧光探针的研究较少。木质素是自然界中存量仅次于纤维素的芳香族天然高分子化合物。随着新能源、新材料及合成技术的快速发展，木质素资源的功能化高效利用已成为林业、化学领域研究开发的热点。设想将选择性试剂与光学性能优异的碳量子点相结合，构建具有高灵敏度和选择性的重金属离子荧光探针，发挥我国木质素资源丰富和价格便宜的优势，为木质素的高值化利用探索新途径。

2. 国内外研究现状分析

木质素作为一种可再生材料，是自然界中一种丰富的生物量。全世界每年大约产生 1.5-1.8 亿吨木质素中大概只有不到 2%被利用。其中，一部分以木质素磺酸盐形式作为建筑原料的添加剂，绝大多数木质素被廉价烧掉或者任意排放。这不但造成资源浪费，更会导致严重的环境污染。因此，对木质素的应用研究具有重要的意义。以石墨烯量子点为荧光探针的荧光传感器对于重金属离子具有检测能力，但由于其本身荧光性能较弱，所以在检测灵敏度上略有不足。

将木质素磺酸盐用于检测吸附溶液中的金属离子，主要是由于木质素磺酸盐的苯环和侧链上含有各种活性基团，如酚羟基、羧基、磺酸基等基团，可以通过离子交换、螯合等方式吸附金属离子。与传统的检测材料相比，木质素磺酸盐具有生物相容性好、再生能力强、来源广泛且廉价等优势。碳量子点具有荧光可调性、灵敏度高、易于合成且成本低廉等优点，能克服有机染料、金属纳米颗粒和半导体量子点光化学性质不稳定、毒性较大、生物兼容性不好等缺点，在金属离子的识别和检测领域具有广阔应用前景。但长期以来，研究者们只对合成纯的碳点有所报道，而对特殊材料修饰的复合碳量子点的研究较少，关于木质素基体材料修饰的碳量子点研究几乎是空白。

因此，本论文着重探讨木质素磺酸钙对于石墨烯量子点荧光性能的增强作用，制备具有更高灵敏度和选择性的检测重金属离子的荧光传感器。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1. 利用采用简便的一步反应制备木质素磺酸盐和石墨烯复合量子点，通过荧光光谱研究溶液ph、反应温度、反应时间等各反应因素对产物荧光性能的影响，优化最佳反应条件。

2. 通过红外光谱、紫外-可见光谱和荧光光谱分析等测试表征石墨烯量子点和木质素磺酸盐-石墨烯复合量子点的结构和荧光产率、消光系数等光学性能，探讨结构与性能之间的关系。

4. 研究创新点

针对目前节能环保、可持续发展的国家战略以及利用可再生天然生物质资源制备环境友好型功能高分子材料以解决人类发展对石油、煤炭等传统资源依赖的研究热点，设计并制备具有离子选择性吸附功能的新型荧光增强型传感器这一生物质科学的前沿领域，提出利用木质素修饰碳量子点制备具有荧光效应的离子选择性吸附材料，提高碳点的荧光强度和对离子的选择性，有望为木质素类天然可再生资源的高值化利用及生物质基功能材料的技术开发提供借鉴。