ИСТИНА

Фотолюминесцентные углеродные точки (УТ) имеют широкие перспективы применения в разных областях технологий и биомедицины в качестве дешёвых оптических маркеров и наносенсоров окружения. Наносенсорика на базе УТ обусловлена тем, что источником их интенсивной и стабильной фотолюминесценции является их поверхность, свойства которой изменяются при взаимодействии УТ с окружением. Одним из таких приложений является создание наносенсора катионов металлов для использования, например, в технологических средах или в биомедицине. Однако на данный момент не известны ни точные механизмы формирования фотолюминесценции УТ, ни механизмы влияния ионов металлов на неё. В данной работе для выяснения механизмов тушения фотолюминесценции УТ ионами металлов были исследованы взаимодействия УТ, синтезированных гидротермальным методом из смеси этилендиамина и лимонной кислоты в пропорции 1:1, с ионами нитратов металлов Mg2+, Cr3+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Pb2+ в воде. Растворы УТ с концентрацией ионов, изменяющейся в диапазоне 0.1 – 10 мМ, были исследованы методами фотолюминесцентной спектроскопии, фотометрии, время-разрешённой спектроскопии, pH-метрии, были измерены дзета-потенциалы наночастиц во всех образцах. Кроме того, особенности взаимодействия УТ с ионами металлов были исследованы с помощью метода молекулярной динамики с использованием SPC-E/OPLS-AA. Установлено, что фотолюминесценция исследованных УТ обусловлена, как минимум, двумя люминофорами с разными временами жизни уровней. Все ионы одинаковым образом влияют на фотолюминесценцию УТ, однако степень этого влияния для разных ионов значительно отличается. Ионы железа наиболее сильно тушат фотолюминесценцию УТ, в первую очередь, за счёт эффекта внутреннего фильтра. Из остальных ионов наибольшее влияние на УТ оказывают Co2+, Cu2+ и Cr3+, наименьшее – Mg2+ и Zn2+. На основании сравнительного анализа концентрационных зависимостей различных параметров УТ для разных ионов и результатов численного моделирования определены механизмы тушения флуоресценции УТ. Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 22-12-00138, https://rscf.ru/project/22-12-00138/