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荧光碳点由于良好的荧光稳定性、化学惰性与生物相容性,受到越来越多的关注。为调控荧光碳点的性质,金属元素掺杂碳点应运而生。但目前的金属元素掺杂碳点的合成方法往往存在步骤复杂、不具有普适性等问题,碳点的前驱体也多为有机小分子。因此,源于天然生物质的金属元素原位掺杂碳点的合成方法的研究亟待开展。本文以壳聚糖/Me(OH)_n复合水凝胶为前驱体,利用水热碳化合成了金属元素原位掺杂碳点,利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱探究了其光学性能,研究了金属元素掺杂对其合成产率、金属元素含量、荧光性能的影响。利用透射电镜、X射线衍射图谱、红外光谱与X射线光电子能谱表征了金属元素原位掺杂碳点的物相结构、元素组成与键合状态。探究了Na2EDTA处理与pH值的改变对源于壳聚糖Zn元素原位掺杂碳点(Zn-CDs)的荧光性能的影响。初步展示了Zn-CDs为荧光探针在生物成像与汞离子检测的应用。结果表明:以壳聚糖/Me(OH)_n复合水凝胶为前驱体,利用水热炭化技术合成了7种金属元素原位掺杂碳点。具体为:1)过渡族金属元素原位掺杂碳点:Zn元素原位掺杂碳点、Mn元素原位掺杂碳点、Fe元素原位掺杂荧光碳点;2)稀土元素原位掺杂碳点:Er元素原位掺杂碳点、Nd元素原位掺杂荧光碳点;3)双金属元素原位掺杂碳点:Zn-Mn原位共掺杂碳点与Zn-Er原位共掺杂碳点。得益于Zn与壳聚糖良好的螯合能力,以上7种金属元素原位掺杂碳点中,Zn-CDs的量子产额最高,高达14.8%,较未掺杂的碳点(CDs)提高了171%。Zn-CDs中Zn元素掺杂量最高,高达3.67 wt%,且可以通过改变前驱体中壳聚糖与Zn离子原子比来调节Zn元素的含量。Zn-CDs的合成产率也是最高,为3.41 wt%。Zn-CDs中以无定形态非晶碳为主,平均粒径为5.5 nm,含有六方纤锌矿类型的ZnO纳米颗粒。主要含有的元素为C、N、O与Zn,其中C:N:Zn质量比为84.6:10.9:4.5,且Zn-CDs中存在-NH2、-OH等活性基团。Na2EDTA处理Zn-CDs可将其荧光强度提高2.90倍,但Na2EDTA/Zn-CDs混合溶液稳定性差,易聚沉。在溶液pH值为4-8范围内,Zn-CDs的荧光强度波动值<1.95%,有良好的pH值荧光稳定性,弱酸弱碱性条件下皆可发出稳定的荧光。Zn-CDs可用于HCT116结肠癌细胞荧光成像。Zn-CDs也可用于斑马鱼体内荧光成像,Zn-CDs经斑马鱼吞食后富集在其肝脏与消化道位置。Zn-CDs对Hg2+有选择淬灭效应,线性检测范围为10-100μM,检测限为3.33μM。为以壳聚糖/Me(OH)_n复合水凝胶为前驱体,过渡族金属元素与镧系稀土元素的原位掺杂碳点提供了普适性的方法。