碳量子點及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與性能研究.pdf

1、碳量子點是具有良好分散性的球形熒光碳納米材料。在廣泛的可見光和近紅外光范圍內(nèi)，碳量子點通過單光子和雙光子吸收可實現(xiàn)強的熒光及上轉(zhuǎn)換發(fā)射的轉(zhuǎn)化，并且可以作為電子給體或受體產(chǎn)生光致電荷轉(zhuǎn)移。因此，在生物檢測，光伏器件以及催化領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。碳量子點的尺寸和形貌控制對其性能和應(yīng)用非常重要。另外，單獨的碳量子點作為光催化劑，催化效率比較低，這使得碳量子點復(fù)合催化劑成為一種趨勢。而半導(dǎo)體催化劑二氧化鈦，由于其價格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性高和對太陽光

2、利用的可能性引人注目。納米貴金屬由于其等離子共振效應(yīng)在可見光區(qū)表現(xiàn)出強烈的吸收，受到了廣泛的關(guān)注。
　　本論文中主要討論碳量子點的合成及功能化、碳量子點與二氧化鈦或銀納米粒子的復(fù)合光催化劑的制備和性能，另外探討了其光催化機理。具體工作包括以下幾部分:
　　(1)以抗壞血酸為碳源，采用反相微乳液的方法合成熒光碳量子點。通過紫外-可見(UV-Vis)、紅外(IR)和熒光(PL)測試了其光學(xué)性質(zhì)。所制備的碳量子點具有激發(fā)波長依賴性

3、，且表面含有很多含氧基團，如OH，C=O，C-O-C等，具有石墨碳結(jié)構(gòu)。調(diào)整水和表面活性劑的摩爾比(w)可以獲得不同粒徑大小的碳量子點，分別為1.92 nm，2.86 nm，3.72 nm到4.94 nm。隨著w的增大，碳量子點的粒徑增加，粒徑的分散性變大。十六胺修飾碳量子點可極大的提高熒光量子產(chǎn)率。激發(fā)波長為360 nm時，熒光量子產(chǎn)率可以達到47％。另外討論了不同的表面活性劑和不同碳源的影響。
　　(2)以乙二醇為碳源，利用水

4、熱反應(yīng)釜法合成的碳量子點，粒徑約3.5 nm。利用氨基和氯基對合成的碳量子點進行修飾，可使得碳量子點的含氧基團減少，紅外譜圖中出現(xiàn)C-N，C-Cl的伸縮振動。修飾后的碳量子點熒光強度增加，最佳激發(fā)峰和發(fā)射峰發(fā)生紅移，并且吸收峰向可見光區(qū)移動。但是單一的碳量子點的催化降解能力比較低?；诖?，設(shè)計復(fù)合光催化劑利用可見光降解有機染料。最后討論了碳量子點光致發(fā)光機理和表面修飾增強碳量子點強度的機理。
　　(3)利用水熱法合成的碳量子點設(shè)計

5、制備二氧化鈦/碳量子點復(fù)合光催化劑。利用可見光催化降解染料亞甲基藍。二氧化鈦能夠使碳量子點的熒光猝滅，復(fù)合光催化劑的吸收譜向可見光區(qū)移動。乙二胺修飾的碳量子點能夠高效降解亞甲基藍，解釋該光催化劑具有高效活性的原因。水熱法制備的二氧化鈦顆粒粒徑小，且以銳鈦礦為主，同時含有少量的金紅石結(jié)構(gòu)，與碳量子點復(fù)合，降解能力更強。水熱法原位合成的碳量子點和二氧化鈦復(fù)合粒子的晶體結(jié)構(gòu)主要為金紅石型。CQDs與TiCl3的比為3∶5制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)時催化降

6、解能力最強。
　　(4)利用乙二醇和水熱法合成的碳量子點制備銀納米粒子以及銀/碳量子點復(fù)合催化劑。采用機械方法制備的復(fù)合催化劑，Ag與CQDs以1比2進行復(fù)合時，催化效率最高。利用碳量子點表面的羥基基團的還原性還原銀離子，原位合成CQDs/Ag，能夠獲得更加穩(wěn)定的復(fù)合催化劑。碳量子點和乙二醇以4比1混合制備CQDs/Ag的催化能力高于單獨的碳量子點還原制備的復(fù)合催化劑的催化能力，更高于機械復(fù)合制備的Ag/CQDs。銀在可見光照射下