碳量子點(diǎn)及其銀復(fù)合材料的制備與光催化性能的研究.pdf

1、碳量子點(diǎn)是一種零維碳納米材料，由于其具有明顯的量子限域效應(yīng)，表現(xiàn)出了許多新的物理化學(xué)性質(zhì)，使它們?cè)诠獯呋I(lǐng)域有潛在應(yīng)用。以炭煤作為原料，用強(qiáng)氧化劑處理，可以剝離得到碳量子點(diǎn)。這種方法適用于低成本碳源以溶液的形式大量制備。然而，阻礙這種方法進(jìn)行工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)高性能碳量子點(diǎn)的主要因素包括兩點(diǎn)：一是過量的氧化劑的去除，二是在酸堿中和時(shí)產(chǎn)生的鹽類的去除。因此，要想實(shí)現(xiàn)高性能碳量子點(diǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)，最重要的是發(fā)展綠色簡便的制備工藝。除此之外，碳量子

2、點(diǎn)的光吸收主要集中在紫外光區(qū)域，限制了它在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用，而原位復(fù)合銀可以提高其在可見光區(qū)域的光催化活性。銀與碳量子點(diǎn)復(fù)合不僅可以促進(jìn)電荷的分離，還可以利用銀的等離子體共振吸收拓寬光吸收、使碳量子點(diǎn)的吸收峰紅移?；诖耍菊撐氖紫葘?duì)煤制備碳量子點(diǎn)的方法進(jìn)行了改進(jìn)，使其適用于大規(guī)模生產(chǎn)，而后利用光還原制備了兩種不同的復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究了結(jié)構(gòu)對(duì)銀改性碳量子點(diǎn)的影響。研究的內(nèi)容以及成果主要有以下幾個(gè)方面：
　　1.用H2O2選擇氧化煤中的

3、有機(jī)碳制備了碳量子點(diǎn)，利用掃描電鏡、透射電鏡、紅外光譜、光電子能譜、熒光分光光度計(jì)和紫外-可見分光光度計(jì)等表征手段對(duì)煤和碳量子點(diǎn)的尺寸、結(jié)構(gòu)、元素、官能團(tuán)、光學(xué)性質(zhì)和催化性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明：碳量子點(diǎn)通過H2O2選擇氧化煤中的有機(jī)碳區(qū)域而分離晶體碳制備，形貌為類球形，尺寸為1-3nm。碳量子點(diǎn)主要由C和O元素構(gòu)成，含有C-O、C-C、C=O、-COOH和-OH等鍵。對(duì)CQDs的產(chǎn)率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與報(bào)道的方法相比提高很多，并且制備方法簡

4、便，適于大規(guī)模生產(chǎn)。對(duì)CQDs的可見光光催化性能進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)CQDs與商業(yè)光催化P25相比，有更高的光催化活性，從而找出了一種大規(guī)模生產(chǎn)高效光催化劑的方法。
　　2.針對(duì)目前CQDs在光催化方面的缺點(diǎn)，如可見光吸收弱、光催化活性較差等，進(jìn)行改性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路包含以下幾個(gè)方面：首先，銀具有等離子體共振吸收，在可見光區(qū)域有較強(qiáng)的吸收，與銀復(fù)合可以會(huì)提高CQDs在可見光區(qū)的吸收從能增強(qiáng)CQDs對(duì)可見光的利用率。其次，我們對(duì)合成方法進(jìn)行

5、了設(shè)計(jì)。光還原是一種簡單、快速無污染制備銀復(fù)合材料的方法，我們根據(jù)CQDs的上轉(zhuǎn)換性質(zhì)，提出用可見光光還原原位制備Ag/CQDs納米結(jié)構(gòu)。最后，我們對(duì)光還原制備Ag/CQDs復(fù)合材料進(jìn)行熱力學(xué)的可行性分析。根據(jù)熱力學(xué)形核原理，探究了碳量子點(diǎn)表面還原Ag+原位制備Ag/CQDs復(fù)合材料的熱力學(xué)條件，證明了光還原制備Ag/CQDs復(fù)合結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上的可行性。
　　3.我們根據(jù)設(shè)計(jì)思路，首先用乙二醇制備的碳量子點(diǎn)（CQDs-1）來進(jìn)行初

6、步驗(yàn)證。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測試分析，發(fā)現(xiàn)光還原過程與設(shè)計(jì)思路一致。由于Ag的等離子體共振吸收與銀的粒徑和結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此Ag對(duì)CQDs的改性有條件限制。為了找出Ag/CQDs復(fù)合結(jié)構(gòu)光吸收和光催化之間的關(guān)系，我們用第二種碳源制備的碳量子點(diǎn)（CQDs-2）光還原制備與Ag/CQDs-1不同的結(jié)構(gòu)。通過光吸收和光催化性能測試，我們發(fā)現(xiàn)Ag/CQDs-1與Ag/CQDs-2相比，尺寸較小，可見光吸收明顯增強(qiáng)，進(jìn)而可將光的催化性能也大大提高。最后，我