[发明专利]锰掺杂硫化锌量子点修饰的三元氧化物锗酸锌纳米椭圆体材料及制备与应用

说明书

本发明公开了一种锰掺杂硫化锌量子点修饰的三元氧化物锗酸锌纳米椭圆体材料及制备与应用。通过制备单发射荧光试纸可对宽剂量范围内铀酰离子进行多色识别。该试纸的宽剂量分析范围是基于红色锰掺杂硫化锌量子点(ZnS:Mn QDs)修饰的三元氧化物锗酸锌纳米椭圆体(Znsubgt;2/subgt;GeOsubgt;4/subgt;NEs)。低剂量铀酰离子与Znsubgt;2/subgt;GeOsubgt;4/subgt;NEs表面的Ge‑O‑H基团有效结合，从而淬灭ZnS:Mn QDs的红色荧光。随着铀酰离子用量增加，导致试纸的颜色从红色到橙色到巧克力色到橄榄色到黄绿色到浅绿色到绿色的连续演变。本发明的单发射荧光试纸成本低，便于携带，易于操作，对实时/现场铀酰离子检测极具价值，且不需要复杂的设备。

技术领域

本发明涉及环境分析化学领域，具体涉及一种锰掺杂硫化锌量子点修饰的三元氧化物锗酸锌纳米椭圆体材料及制备与应用，本发明通过制备单发射荧光试纸可对宽剂量范围内铀酰离子进行多色可视化识别。

背景技术

人类的发展与能源有着密不可分的关系。在过去的几个世纪中，从地壳中提取的化石燃料极大地促进了人类的快速发展。虽然化石燃料为我们提供了无数的便利，但也造成了严重的环境问题。同时，化石燃料的不可再生性造成了能源短缺的风险，从而引发了新的问题。人类开始寻找低污染和可自我更新的新能源，如太阳能、风能、水能和其他清洁能源。但是，这些能源的利用受到自然条件的严重限制，能源利用效率有待进一步提高。目前，大多数国家更倾向于使用核能，因为它污染小、效率高、能量密度大。为了保证核能的可持续发展，必须解决的一个问题是不断增加的核废料和突发的核事故中可能出现的泄漏问题。

铀作为核工业中最主要的聚变燃料，对发展低污染和可持续的能源有着重要的贡献。另一方面，由于铀的长效放射性和化学毒性，不适当地接触铀会导致DNA损伤和一些严重的肾脏和泌尿系统问题。近几十年来，由于大规模的违规开采、核废料的不当处理和不幸的核事故，大量的铀已经泄漏到自然界的周围。在自然界中，铀主要以各种氧化状态的化合物形式存在，而溶液中常见的稳定形式是铀酰离子（UO22+）。因此，快速/准确地检测铀酰离子不仅对保障公众健康至关重要，而且对后续决策、规划和高效清除铀酰离子的具体行动也至关重要。如今，各种分析方法已经成功地用于一系列铀酰离子的检测。尽管它们具有很高的灵敏度和准确性，但由于需要复杂的样品预处理、昂贵的仪器和训练有素的人员，它们不适合在紧急情况下进行实时/现场检测。因此，灵活的纸质化学传感器作为分析仪器的有效补充，因其成本低、便于携带、易于操作而吸引了人们的的关注。

受经典的pH指示纸的启发，人们开发了许多荧光试纸，用于检测各种分析物，从离子和小分子到生物大分子。为了实现类似于pH指示纸的实时/现场检测，荧光试纸应该在材料、传感机制和制备技术方面进行严格筛选、巧妙设计和精密加工。总之，荧光材料应具有高量子产率、光稳定性和抗干扰性，以提高检测结果的准确性、可靠性和可信度。此外，荧光探针必须对分析物的剂量极为敏感，在紫外线照射下会产生快速和明显的荧光颜色和亮度变化。最后，荧光试纸要有很宽的动态范围（可检测到的最小到最大的浓度范围），以避免耗时的样品预处理操作（浓缩或稀释）。例如，通用pH试纸已被用于直接定性或半定量检测目标系统的pH值从0到14（对应于13个数量级的氢离子浓度变化），从而满足了日常实际应用的大部分要求。然而，目前报道的荧光试纸只能在有限的剂量范围内检测目标分析物（例如，nmol/L到μmol/L，或μmol/L到mmol/L，大约3个数量级的变化）。

一般来说，由于UO22+具有复杂的电子能级结构，低剂量UO22+对单信号响应的荧光探针有强大的淬灭作用。此外，就像稀土元素一样，高剂量UO22+本身在与特定配体或小分子相互作用后，由于天线效应也会发出强烈的绿色荧光，这促进了UO22+离子的吸收性能量转移到发射状态而发光。因此，一个有前途的策略是将上述两种传感机制整合在一起，用于UO22+离子宽剂量规模检测，就像经典的pH试纸一样。

发明内容