Chemical Surface Modification of Carbon Dots with Germanium: A Highly Sensitive and Selective Ratiometric Fluorescence Probe for Mg2+ Detection Using DFT and TD-DFT

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作者
Samaneh Kiani,Farid Taherkhani
出处
期刊:Chemical Physics [Elsevier]
卷期号:: 112201-112201
标识
DOI:10.1016/j.chemphys.2024.112201
摘要

In this study, we chemically modified carbon dots (Cdots) using germanium, enhancing their sensitivity and selectivity as a ratiometric fluorescence probe for precise detection of Mg2+ ions. Excitation of the modified Cdots resulted in a distinct emission peak at 527 nm, enabling accurate measurement of Mg2+ concentrations across a linear range. The surface modification with germanium led to the creation of novel emitting centers on the Cdots' surface. Theoretical calculations using density functional theory (DFT) revealed the effective suppression of these emitting centers through a photo-induced electron transfer (PET) process, utilizing the nitrogen lone pair electrons on the Cdots' surface. Furthermore, adjacent Cdots' surface pyrazino[2,3-f][1], [10]-phenanthroline (PPT) nitrogen atoms formed chemical bonds with Mg2+ ions, resulting in the formation of aggregated Cdots. Consequently, the intricate complexation terminated the PET process, resulting in a novel emission peak at longer wavelengths. This study presents a highly sensitive and selective ratiometric fluorescent detection system with exceptional low concentration detection limit for precise Mg2+ ion detection.
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