基于碱木质素的碳量子点的研究文献综述

 2022-07-14 05:07

基于碱木质素的碳量子点的研究

研究的目的及意义:碳量子点是一种新型零维碳纳米材料,具有优良的光化学性能、良好的生物相容性、低毒性和易于表面修饰等优点,在生物成像、生物传感器以及纳米载体等方面有着广泛的应用。通常碳量子点表面拥有不同的功能性基团,赋予其特定功能作用。因此,利用木质素具有碳含量高的特性,结合碳量子点特征官能团性能,经过氧化降解、降低分子量、改进赋予其功能化基团,为更好利用木质素制品,提升其价值提供理论基础和实践指导。

木质素概论

木质素是一种结构复杂的天然可再生的含苯环聚合物,在自然界的含量仅次于纤维素。据统计,每年全世界课生产出6times;1014吨木质素。木质素的主要来源为制浆造纸行业,其每年从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素,而且同时得到5000万吨左右的木质素副产品。由于资源短缺和环境日益恶化,木质素作为可再生来源取代石油等矿物资源成为新的资源的趋势愈来愈受到重视。但是,木质素本身的结构比较复杂,分子量大且分布范围广,直接燃烧来回收余热是一种低值的利用方式,同时也是对自然资源的一种浪费。目前对于木质素作为可再生资源加以利用的主要方向集中在木质素的降解工作中。同时,由于木质素来源的广泛性以及降解工艺的不同,导致木质素降解产物组成更加复杂,以至于难于直接使用,因此确定降解产物成分,建立适用于木质素降解产物的表征方式具有重要意义;另外,降解产物组成的复杂性也极大地限制了产物的实际应用,因此探讨一种简便而有效的产物分离方法对于木质素降解产物的研究工作及拓展其应用领域具有重要意义。

木质素结构

木质素有着非常复杂的结构,主要有碳,氢,氧三种元素组成,一般认为木质素是由紫丁香基,愈疮木基,和对羟基苯基三种苯丙烷结构单元,通过beta;-O-4醚键,alpha;-O-4醚键和beta;-5键,C5-C5键和beta;-1等碳-碳键连接而成的三维网状结构的高分子物质,是复杂的芳香族无规则聚合物。在表征木质素的结构时通常以其含有的结构单元,各结构单元之间的比例,各单元间的连接方式等加以说明。自十九世纪中期以来人们开始着手木质素结构方面的研究工作,但是由于天然存在的木质素结构非常复杂,而分离提纯过程中木质素会发生结构变化,因此到目前为止对木质素的真实结构尚无定论。

碳量子点概论

碳量子点(CQDs),又称为碳纳米点,是一种新型碳纳米材料,尺寸在10 nm以下,如图1-1,其中主要结构有两部分,包括内部的碳核和外部的含氧官能团(主要是羧基和羰基)。CQDs具有许多优异的性能,包括良好的光致发光性、优异的生物相容性、低的生物毒性,制备方法多且简单,这使其在细胞成像、离子检测、药物运输、疾病治疗以及生物催化等方面都具有较好的应用前景。CQDs的构成核心是碳元素,自然界中很多含碳的物质均可作为制备CQDs的原料,生物质资源作为一种储量大、可再生、清洁的原料,替代化工产品制备生物基新材料,已成为前沿新材料领域的重要发展方向。

图 1-1 钝化表面的碳量子点的TEM

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