Au@SiO2等离子共振/异原子掺杂碳量子点复合纳米结构的双重荧光增强机制研究

In this project, we propose a new strategy to enhance the quantum yield of carbon quantum dots, which is the dual effect based on doping and the metal enhanced fluorescence effect from plasma resonance of nano Au. A core−shell structure of Au@SiO2 with controllable thickness of silica will be synthesized through layer-by-layer assembly technology, and then heteroatom doped carbon quantum dots was grafted on the surface of Au@SiO2 nanostructure to construct the resulting Au@SiO2/heteroatom doped carbon quantum dots nanocomposite. The optimal fluorescence enhancement of carbon dots will be obtained by adjusting the thickness of the silica. And then, the nanocomposite will be applied to the trace detection of heavy metal ions in aqueous solution and agricultural products to improve the detection limit and sensitivity, which will provide theoretical and technical support for trace detection. It will be revealed the dual fluorescence enhancement mechanism from the relationship between the thickness of spacer layer and the fluorescence enhancement factor, the interaction between Au nanoparticles and heteroatom doped carbon quantum dots.

针对碳量子点发光存在量子产率不高的瓶颈问题，本项目提出了通过基于纳米Au等离子共振的金属增强荧光和基于掺杂提高碳量子点量子产率的双重增强效应，提高碳量子点量子产率的新策略。采用一种灵巧的层层组装的方法，将二氧化硅作为间隔层，包裹在Au纳米粒子的表面，将异原子掺杂碳量子点结合在最外层，构建复合纳米结构（Au@SiO2/异原子掺杂碳量子点），调整二氧化硅层的厚度，提高碳量子点的荧光发射强度，找到最优发光条件；将其应用于水溶液和农产品中重金属离子的检测，提高离子检测的下限和灵敏度，为痕量检测提供理论和技术支持。本项目拟通过寻找间隔层厚度变化对荧光增强因子的影响规律，探讨Au纳米粒子与异原子掺杂碳量子点的相互作用条件，研究等离子共振和掺杂的双重荧光增强机制。

本项目利用贵金属纳米粒子表面的等离子共振效应，针对碳量子点发光存在量子产率不高的瓶颈问题，通过纳米Au等离子共振的金属增强荧光和掺杂提高碳量子点量子产率的双重增强效应，提高碳量子点量子产率。采用一种灵巧的层层组装的方法，将二氧化硅作为间隔层，包裹在Au纳米粒子的表面，调整二氧化硅层的厚度，提高碳量子点的荧光发射强度，找到最优发光条件，解决了复合纳米结构（Au@SiO2/碳量子点）的构建，对间隔层SiO2的厚度实现定向可控，提高荧光强度，建立间隔层厚度与发光强度之间的联系；对碳量子点进行异原子掺杂，实现复合结构（Au@SiO2/异原子掺杂碳量子点）的构建，提高量子产率，将其应用于水溶液和农产品中重金属离子的检测，提高离子检测的下限和灵敏度，为痕量检测提供理论和技术支持，并研究了其电化学传感检测性能。本项目通过寻找间隔层厚度变化对荧光增强因子的影响规律，探讨了Au纳米粒子与异原子掺杂碳量子点的相互作用条件，研究等离子共振和掺杂的双重荧光增强机制。本项目已经按照计划数完成了科研任务，截止2020年2月，已经发表期刊论文9篇，其中SCI收录7篇，EI收录1篇，申请发明专利4项，另有3篇论文正在投往SCI检索的期刊，培养研究生3名。