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《中北大学》 2018年
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碳量子点与金属化合物复合材料的制备及其光催化性能研究

韩雪军  
【摘要】:碳量子点(CQDs)作为一种新型零维发光纳米材料,粒径尺寸一般小于10 nm。因其制备方式简单、低成本、元素来源丰富等特点受到广泛关注。近几年,碳量子点除了用于荧光标记、生物检测、载药等领域外,在光能的捕获、转化和储存上也具有独特优势。但是,碳量子点通常在紫外光区域表现出较强的吸收,可见光区域的吸收较弱;同时光生电子与空穴易于在表面发生复合,因而为了改善这些缺点,本论文将碳量子点和其他几种光敏金属化合物进行复合,不仅提高了在可见光区域的吸收,而且促进电子和空穴的转移速度,在可见光照射下,对一些有机物的氧化还原转化效率显著提升。本文主要研究内容和成果有以下几个方面:(1)利用分步水热法制备复合物Cu_(1.8)S/CQDs,通过TEM、XRD、XPS、荧光分光光度计和紫外可见分光光度计进行形貌、结构和性能表征测试。光催化还原叔丁基对苯醌(TBBQ),光照15 min后Cu_(1.8)S/CQD对TBBQ的转化率约达到90%,而单独CQDs转化率约只有55%;利用对苯二甲酸(TA)检测光催化过程中活性羟基(·OH)的产生量,发现分步法合成的Cu_(1.8)S/CQD活性羟基产生量约是一步法合成的五倍。证明分步法制备的Cu_(1.8)S/CQD促进电荷的分离和转移,减少了电子空穴的复合,具有更高的光催化活性。(2)将制备好的CQDs通过超声静电作用使其吸附在泡沫镍(NF)孔内表面,然后利用水热法在泡沫镍上形成Ni_3S_2以增强它们之间连接,最后形成泡沫镍支撑的CQDs/Ni_3S_2。通过BET测试对比了泡沫镍支撑CQDs/Ni_3S_2和单独的泡沫镍的孔体积、比表面积和孔径分布,同时进行了形貌、结构和光催化性能测试。光催化实验结果表明,泡沫镍支撑CQDs/Ni_3S_2产生活性羟基·OH的速率和对叔丁基对苯二酚(TBHQ)的氧化明显提高,最后,研究了泡沫镍支撑CQDs/Ni_3S_2中CQDs负载量对光催化性能的影响。该方法制得光催化剂相比于粉末状催化剂更易回收和分离。(3)利用搅拌和水热法制备出介孔、非晶纳米球状的复合材料CQDs@NiB。透射电镜(TEM)进行形貌观察,显示球形结构含有大量中空介孔通道,该结构利于催化反应的进行。同样分析了CQDs@NiB的结构和性能,光催化实验结果表明,CQDs@Ni B光催化还原对硝基苯衍生物转化率显著提高。BET测试结果显示经过CQDs复合的NiB中空纳米通道直径减小。电化学测试表明,原位复合形成的CQDs@NiB不仅降低了界面阻抗、提高电荷转移,而且改变了NiB能带位置结构。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB33;O643.36

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