磁性碳量子点的制备及其在重金属水污染治理中的应用研究

Nanomaterials show great potential in the treatment of the water pollution caused by heavy metal ions. However, most of the existing nanomaterial-based methods can only detect heavy metal ions, rather than remove them. In the project, magnetic carbon dots are synthesized to detect and remove heavy metal ions in aqueous solution. The as-prepared magnetic carbon dots have dual functions of magnetism and fluorescence, which can be used to detect and remove heavy metal ions, respectively. We further synthesize magnetic carbon dots with the property of fluorescence resonance energy transfer, which can be utilized to detect，remove and image heavy metal ions in biological samples.

纳米材料在重金属水污染治理方面具有十分重要的应用前景。但是现有的基于纳米材料的重金属离子的处理手段大多局限在重金属离子的检测方面，未能同时去除重金属离子带来的污染。本项目拟制备磁性碳量子点并用于水溶液中的重金属离子的检测和去除，该磁性碳量子点兼有磁性和荧光性，其荧光性号可用于检测重金属离子，磁性可用于重金属离子的去除。并在此基础之上，制备可以发生荧光共振能量转移的磁性碳量子点并用于重金属离子的检测和去除，同时还将用于生物体内的重金属离子的检测与生物成像。

重金属离子对环境和我们人类的健康构成了巨大的威胁，重金属离子的检测对我们有效地发现和治理重金属污染具有重要的意义。但是现有的重金属离子检测方法或技术往往需要大型昂贵的仪器和复杂的操作，我们迫切需要简便的重金属离子的检测方法。碳量子点可为重金属离子的简便检测提供一种新型功能荧光纳米材料，这是因为碳量子点易于制备、原料廉价和具有较高的光稳定性和良好的生物兼容性等特点。在本项目中，我们发展了三种发射不同荧光的碳量子点，研究了他们的光学性质和表面性质，并将之应用于水体中重金属离子的检测，它们可分别检测铁离子、汞离子和重铬酸根离子，同时研究了它们的光催化降解有机染料性能，发现了氮和磷元素掺杂的碳量子点可用于降解水体中的亚甲基蓝染料，并发现了氮和硼元素掺杂的碳量子点在防伪和细胞成像方面具有潜在的应用价值。另外，我们还发展了两种自来水中次氯酸盐的光学检测方法，取得了一定的研究成果，以上研究成果为水质中的重金属离子和次氯酸盐的检测提供了便利的手段。在项目的实施期间，总共发表7篇SCI论文，其中有1篇为ESI高被引论文，授权国家发明专利2项，并荣获1项河南省自然科学学术论文一等奖。