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