[發明專利]錳摻雜硫化鋅量子點修飾的三元氧化物鍺酸鋅納米橢圓體材料及制備與應用

有效

• 申請號: 202210255234.5
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114517093B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 張建;侯金金;張奎
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C09K11/66
• 分類號: C09K11/66;C09K11/56;C09K11/02;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00;G01N21/64
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 孫永剛

本發明公開了一種錳摻雜硫化鋅量子點修飾的三元氧化物鍺酸鋅納米橢圓體材料及制備與應用。通過制備單發射熒光試紙可對寬劑量范圍內鈾酰離子進行多色識別。該試紙的寬劑量分析范圍是基于紅色錳摻雜硫化鋅量子點(ZnS:Mn?QDs)修飾的三元氧化物鍺酸鋅納米橢圓體(Znsubgt;2/subgt;GeOsubgt;4/subgt;NEs)。低劑量鈾酰離子與Znsubgt;2/subgt;GeOsubgt;4/subgt;NEs表面的Ge?O?H基團有效結合，從而淬滅ZnS:Mn?QDs的紅色熒光。隨著鈾酰離子用量增加，導致試紙的顏色從紅色到橙色到巧克力色到橄欖色到黃綠色到淺綠色到綠色的連續演變。本發明的單發射熒光試紙成本低，便于攜帶，易于操作，對實時/現場鈾酰離子檢測極具價值，且不需要復雜的設備。

技術領域

本發明涉及環境分析化學領域，具體涉及一種錳摻雜硫化鋅量子點修飾的三元氧化物鍺酸鋅納米橢圓體材料及制備與應用，本發明通過制備單發射熒光試紙可對寬劑量范圍內鈾酰離子進行多色可視化識別。

背景技術

人類的發展與能源有著密不可分的關系。在過去的幾個世紀中，從地殼中提取的化石燃料極大地促進了人類的快速發展。雖然化石燃料為我們提供了無數的便利，但也造成了嚴重的環境問題。同時，化石燃料的不可再生性造成了能源短缺的風險，從而引發了新的問題。人類開始尋找低污染和可自我更新的新能源，如太陽能、風能、水能和其他清潔能源。但是，這些能源的利用受到自然條件的嚴重限制，能源利用效率有待進一步提高。目前，大多數國家更傾向于使用核能，因為它污染小、效率高、能量密度大。為了保證核能的可持續發展，必須解決的一個問題是不斷增加的核廢料和突發的核事故中可能出現的泄漏問題。

鈾作為核工業中最主要的聚變燃料，對發展低污染和可持續的能源有著重要的貢獻。另一方面，由于鈾的長效放射性和化學毒性，不適當地接觸鈾會導致DNA損傷和一些嚴重的腎臟和泌尿系統問題。近幾十年來，由于大規模的違規開采、核廢料的不當處理和不幸的核事故，大量的鈾已經泄漏到自然界的周圍。在自然界中，鈾主要以各種氧化狀態的化合物形式存在，而溶液中常見的穩定形式是鈾酰離子（UO22+）。因此，快速/準確地檢測鈾酰離子不僅對保障公眾健康至關重要，而且對后續決策、規劃和高效清除鈾酰離子的具體行動也至關重要。如今，各種分析方法已經成功地用于一系列鈾酰離子的檢測。盡管它們具有很高的靈敏度和準確性，但由于需要復雜的樣品預處理、昂貴的儀器和訓練有素的人員，它們不適合在緊急情況下進行實時/現場檢測。因此，靈活的紙質化學傳感器作為分析儀器的有效補充，因其成本低、便于攜帶、易于操作而吸引了人們的的關注。

受經典的pH指示紙的啟發，人們開發了許多熒光試紙，用于檢測各種分析物，從離子和小分子到生物大分子。為了實現類似于pH指示紙的實時/現場檢測，熒光試紙應該在材料、傳感機制和制備技術方面進行嚴格篩選、巧妙設計和精密加工。總之，熒光材料應具有高量子產率、光穩定性和抗干擾性，以提高檢測結果的準確性、可靠性和可信度。此外，熒光探針必須對分析物的劑量極為敏感，在紫外線照射下會產生快速和明顯的熒光顏色和亮度變化。最后，熒光試紙要有很寬的動態范圍（可檢測到的最小到最大的濃度范圍），以避免耗時的樣品預處理操作（濃縮或稀釋）。例如，通用pH試紙已被用于直接定性或半定量檢測目標系統的pH值從0到14（對應于13個數量級的氫離子濃度變化），從而滿足了日常實際應用的大部分要求。然而，目前報道的熒光試紙只能在有限的劑量范圍內檢測目標分析物（例如，nmol/L到μmol/L，或μmol/L到mmol/L，大約3個數量級的變化）。

一般來說，由于UO22+具有復雜的電子能級結構，低劑量UO22+對單信號響應的熒光探針有強大的淬滅作用。此外，就像稀土元素一樣，高劑量UO22+本身在與特定配體或小分子相互作用后，由于天線效應也會發出強烈的綠色熒光，這促進了UO22+離子的吸收性能量轉移到發射狀態而發光。因此，一個有前途的策略是將上述兩種傳感機制整合在一起，用于UO22+離子寬劑量規模檢測，就像經典的pH試紙一樣。

發明內容