• شماره ركورد
    25172
  • شماره راهنما
    NANO2 136
  • عنوان

    سنتز نقاط كوانتومي كربن با فلورسانس زياد به‌ عنوان حسگرهاي فلورسانس براي تشخيص يون‌هاي فلزي سنگين

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    نانو شيمي
  • دانشكده
    شيمي
  • تاريخ دفاع
    1404/07/23
  • صفحه شمار
    52 ص .
  • استاد راهنما
    مجيد مقدم , امير لندراني اصفهاني
  • استاد مشاور
    شهرام تنگستاني نژاد , ايرج محمدپوربلترك
  • كليدواژه فارسي
    CQDs , سنتز حلال گرمايي , حسگر نوري , يون‌هاي فلزي سنگين , فلورسانس , سازوكار روشن‌شونده , سازوكار روشن‌شونده
  • چكيده فارسي
    نقاط كوانتومي كربن به دليل خواص نوري منحصربه‌فرد، سميت پايين، زيست‌سازگاري بالا و سهولت در فرآيند سنتز، به‌عنوان يكي از گزينه‌هاي اميدبخش در زمينه‌ي حسگرهاي نوري مورد توجه فراوان قرار گرفته‌اند. هدف از اين پژوهش، سنتز نقاط كوانتومي كربن با بازده فلورسانس بالا و بررسي عملكرد آن‌ها به‌عنوان حسگرهاي نوري در تشخيص يون‌هاي فلزي سنگين بود .در اين راستا، نانوساختارهاي CQDs با رنگ‌هاي فلورسانس آبي، سبز، نارنجي و قرمز به روش حلال‌گرمايي سنتز شدند. براي شناسايي و بررسي ويژگي‌هاي ساختاري و نوري نمونه‌ها، از روش‌هاي مختلفي استفاده شد. نتايج حاصل، تشكيل نانوذرات با اندازه يكنواخت در محدوده‌ي 4/2 تا 6 نانومتر، ساختار بلوري مناسب و وجود گروه‌هاي عاملي هيدروكسيل (–OH)، كربوكسيل (–COOH)، اتري (C–O–C) و ايميني (C=N) بر سطح را تأييد كرد. بررسي رفتار فوتولومينسانس CQDs نشان داد كه اين نانوذرات در برابر يون‌هاي فلزي سنگين مختلف از جمله Cr³⁺، Cr⁶⁺، Cd²⁺، Fe³⁺، Co²⁺ و Hg²⁺ واكنش نوري قابل‌توجهي دارند. برخلاف سازوكار متداول خاموشي فلورسانس (Turn-off)، برخي از CQDs رفتار روشن‌شوندگي (Turn-on) از خود نشان دادند كه ناشي از تشكيل كمپلكس ميان يون‌هاي فلزي و گروه‌هاي عاملي سطحي بود. در ميان نمونه‌ها، CQDs با رنگ نارنجي در حضور يون‌هاي Hg²⁺، Fe³⁺، Cd²⁺ رفتار روشن‌شوندگي غلظت‌وابسته از خود نشان دادند. در مقابل، در حضور يون Co²⁺ رفتار حسگري دو سيگناله (ابتدا افزايش و سپس كاهش شدت نشر) مشاهده شد كه مي‌تواند براي طراحي حسگرهاي نوري تشخيص سطح بحراني فلزات سنگين بسيار مفيد باشد .نقاط كوانتومي با رنگ سبز نيز در حضور يون‌هاي Hg²⁺، Cd²⁺ و Cr³⁺/Cr⁶⁺ انجام شد. در حضور يون Cr³⁺ ابتدا كاهش شدت نشر و سپس افزايش آن مشاهده شد كه بيانگر رفتار دوگانه‌ي حسگري است؛ در حالي كه در حضور Cr⁶⁺ و Cd²⁺ رفتار روشن‌شوندگي وابسته به غلظت به‌وضوح ديده شد. همچنين، نقاط كوانتومي كربن آبي براي تشخيص يون‌هاي Cr⁶⁺، Co²⁺، Cr³⁺ و Fe3+انجام گرديد. افزودن يون‌هاي Cr6+ موجب خاموشي شديد فلورسانس گرديد، در حالي كه يون‌هاي Co²⁺ و Cr³⁺ باعث كاهش وابسته به غلظت شدت نشر شدند. براي يون Fe³⁺، با افزايش غلظت ابتدا افزايش جزئي و سپس كاهش شدت فلورسانس مشاهده شد، به‌طوري‌كه شدت نشر همچنان بالاتر از نمونه‌ي خالص باقي ماند. در بررسي (R-CQDs)، افزودن يون Hg²⁺ موجب افزايش قابل‌توجه و غلظت‌وابسته‌ي شدت فلورسانس شد كه برخلاف سازوكار خاموشي متداول است. رفتار مشابهي در حضور يون‌هاي Cr⁶⁺ و Co²⁺ نيز مشاهده شد. براي بررسي خاصيت گزينش‌پذيري، آزمون‌هايي با افزودن هم‌زمان دو يون فلزي به محلول‌هاي حاوي CQDs آبي و سبز انجام شد. نتايج نشان دادند كه اين نانوساختارها قابليت تمايز و تشخيص هم‌زمان چندين يون فلزي را دارا هستند. نتايج اين پژوهش نشان داد كه با كنترل شرايط سنتز مي‌توان به CQDs با خواص نوري قابل‌تنظيم دست يافت و از آن‌ها به‌عنوان پايه‌اي براي طراحي حسگرهاي نوري حساس، انتخابي و هوشمند با سازوكار پاسخ‌دهي متنوع Turn-on و Turn-off استفاده كرد.
  • كليدواژه لاتين
    Carbon quantum dots , solvothermal synthesis , optical sensor , heavy metal ions , fluorescence , turn-on mechanis
  • عنوان لاتين
    Synthesis of highly fluorescent carbon quantum dots as fluorescent sensors for the detection of heavy metal ions
  • گروه آموزشي
    نانو فناوري
  • چكيده لاتين
    Carbon quantum dots have attracted considerable attention as promising can‎didates in the field of optical sensors due to their unique optical properties, low toxicity, biocompatibility, an‎d simple synthesis procedures. The aim of this study was to synthesize highly fluorescent CQDs an‎d investigate their potential as optical sensors for the detection an‎d recognition of heavy metal ions. In this work, CQD nanostructures with blue, green, orange, an‎d red fluorescence were synthesized via a hydrothermal method. The synthesized nanoparticles were characterized using ultraviolet-visible (UV–Vis) spectroscopy, photoluminescence (PL) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), dynamic light scattering (DLS), an‎d atomic force microscopy (AFM). The results confirmed the formation of uniform nanoparticles with sizes ranging from 1.4 to 6 nm, an appropriate crystalline structure, an‎d the presence of hydroxyl (–OH), carboxyl (–COOH), ether (C–O–C), an‎d imine (C=N) functional groups on their surface. Photoluminescence studies revealed that the synthesized CQDs exhibited significant sensing behavior toward various heavy metal ions, including Cr³⁺, Cr⁶⁺, Cd²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, an‎d Hg²⁺. In contrast to the common fluorescence quenching (Turn-off) mechanism, some CQDs showed fluorescence enhancement (Turn-on) behavior, attributed to the formation of metal–ligan‎d complexes between surface functional groups an‎d metal ions. Among the synthesized samples, orange-emitting CQDs exhibited concentration-dependent fluorescence enhancement upon exposure to Hg²⁺, Fe³⁺, Cr⁶⁺, Cd²⁺, an‎d Cr³⁺ ions. For Co²⁺ ions, a dual-signal sensing behavior (initial enhancement followed by quenching) was observed, indicating their potential use in designing optical sensors for critical-level detection of heavy metals. Green-emitting CQDs demonstrated selec‎tive responses toward Hg²⁺, Cd²⁺, an‎d Cr³⁺/Cr⁶⁺ ions. In the presence of Cr³⁺, an initial fluorescence decrease followed by enhancement was observed, indicating a dual sensing mechanism, while Cr⁶⁺ an‎d Cd²⁺ ions induced a concentration-dependent fluorescence enhancement. Furthermore, CQDs exhibited effective optical sensing performance toward Cr⁶⁺, Co²⁺, Cr³⁺, an‎d Fe³⁺ ions. The addition of Cr⁶⁺ ions resulted in strong fluorescence quenching, while Co²⁺ an‎d Cr³⁺ caused gradual intensity reduction. In the case of Fe³⁺, fluorescence intensity initially increased slightly an‎d then decreased, remaining above that of the pure CQDs. For red-emitting CQDs), the addition of Hg²⁺ ions led to a notable concentration-dependent fluorescence enhancement, which was opposite to the conventional quenching behavior. A similar enhancement was also observed in the presence of Cr⁶⁺ an‎d Co²⁺ ions. selec‎tivity tests were also performed by adding two metal ions simultaneously to the blue an‎d green CQDs, demonstrating the ability of these nanostructures to distinguish an‎d detect multiple metal ions concurrently. The results of this study indicate that by controlling synthesis conditions, CQDs with tunable optical properties can be achieved an‎d utilized as a basis for designing highly sensitive, selec‎tive, an‎d intelligent optical sensors with dual response mechanisms (Turn-on an‎d Turn-off).
  • تعداد فصل ها
    3
  • فهرست مطالب pdf
    148111
  • نويسنده

    صادقي محمدي، روژين