CQDs/g-C_(3)N_(4)复合材料合成及其光催化性能的研究进展

石墨氮化碳(g-C_(3)N_(4))在新能源开发和环境修复方面具有巨大的应用潜力,但纯g-C_(3)N_(4)存在的光吸收范围小、结晶度高、光生载流子复合率高和活性位点偏少等缺点限制了其应用范围。引入碳量子点(CQDs)构建复合相,可以增加g-C_(3)N_(4)的反应活性位点,加快其表面电荷的转移,抑制载流子的复合,从而提升其光催化活性。对CQDs的制备方法和原料来源,以及CQDs/g-C_(3)N_(4)复合材料的合成方法(溶剂热法、煅烧法、自组装法)和光催化性能的提升策略等方面的研究进展进行了综述,介绍了近年来CQDs/g-C_(3)N_(4)复合材料在氢气制取、污染物降解、抗菌方面的应用,最后对CQDs/g-C_(3)N_(4)复合材料的未来发展方向进行了展望。

Eosin Y敏化CQDs-Ni_(12)P_(5)光催化制氢研究

通过水热法和低温煅烧法分别合成了稳定的碳量子点(CQDs)和Ni_(12)P_(5),通过简单的机械研磨将两者复合成CQDs-Ni_(12)P_(5)。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和电化学阻抗(EIS)等对催化剂进行了表征,并通过荧光光谱(FL)测试其电子转移行为。以染料Eosin Y(EY)为催化剂(敏化剂),Ni_(12)P_(5)为助催化剂,三甲胺(TMA)为牺牲剂,研究了CQDs修饰Ni_(12)P_(5)的染料敏化制氢性能。研究表明,CQDs负载量为15 wt%的Ni_(12)P_(5)(15CQDs-Ni_(12)P_(5))拥有最高的染料敏化制氢活性(3565μmol·h^(-1)·g^(-1)),是纯Ni_(12)P_(5)的3.36倍。活性的提高是因为EY、CQDs及Ni_(12)P_(5)之间有效的电子传递。此外,探讨了可能的析氢反应机理。

N-CQDs/N-TiO_(2)复合光催化剂的制备及其催化降解甲基橙性能研究

采用水热法制备了一种新型的复合光催化剂N-CQDs/N-TiO_(2)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、固体荧光(PL)与比表面积仪(BET)等手段对其物相、形貌及光吸收性能进行表征,并研究了N-CQDs掺杂质量比对N-CQDs/N-TiO_(2)复合光催化剂对甲基橙光降解性能的影响。结果表明:与纯N-TiO_(2)相比,0.5%N-CQDs/N-TiO_(2)复合光催化剂对甲基橙溶液的降解效率为95.43%,这归因于N-CQDs可促进纯N-TiO_(2)对可见光的吸收,同时也可降低光生电子-空穴对的复合几率。捕获实验结果表明在可见光降解甲基橙过程中主要的活性物质为超氧基团(·O_(2)^(-))和光生空穴(h+),且·O_(2)^(-)占主要地位。

N,S-CQDs/Mn_(0.5)Cd_(0.5)S的制备及光催化产氢性能

采用水热法制备了氮、硫共掺杂碳量子点(N,S-CQDs),并用超声辅助法合成了N,S-CQDs修饰的Mn_(0.5)Cd_(0.5)S(MCS)复合光催化材料.研究表明,在模拟太阳光照射下,质量分数为1%的N,S-CQDs/MCS的光催化产氢速率显著提高,为34159.25μmol/(g·h),是MCS的1.63倍,是质量分数为1%的CQDs/MCS的1.14倍.此复合物光催化产氢性能的提高主要归因于N,S-CQDs优异的电子迁移能力以及MCS与N,S-CQDs之间的紧密接触.

Na_(2)MnPO_(4)F/Ti_(3)C_(2)-CQDs对Li/Na储能性能的密度泛函理论研究

Na_(2)MnPO_(4)F作为锂/钠混合离子电池的电极材料,具有低成本、无毒、高电压和价态丰富等特点,但电子电导率低、离子扩散速率慢、锰的溶解及Jahn-Teller效应,限制了其应用。基于密度泛函理论下的第一性原理,以Na_(2)MnPO_(4)F/Ti_(3)C_(2)和Na_(2)MnPO_(4)F/Ti_(3)C_(2)-碳量子点(CQDs)复合材料为研究对象,构建Na2MnPO4F、NaLiMnPO_(4)F、Na_(2)MnPO_(4)F/Ti_(3)C_(2)、NaLiMnPO_(4)F/Ti_(3)C_(2)、Na_(2)MnPO4F/Ti_(3)C_(2)-CQDs和NaLiMnPO_(4)F/Ti_(3)C_(2)-CQDs等6种结构模型,计算能带结构、结合能、态密度及电荷局域密度,分析复合前后材料的电子结构和性能变化。Li原子的引入,使Na_(2)MnPO_(4)F与Ti_(3)C_(2)和Ti_(3)C_(2)-CQDs的结合能分别增大1.1397 J/m^(2)和0.7866 J/m^(2),复合Ti_(3)C_(2)和Ti_(3)C_(2)-CQDs能改善Na_(2)MnPO_(4)F的导电性,且Ti_(3)C_(2)-CQDs改善效果更佳。

TiO_(2)/CQDs复合材料的制备及降解水中污染物研究

将化学氧化法制备的碳量子点(CQDs)加入到钛酸四丁酯中,采用溶胶-凝胶水解法制备了TiO_(2)/CQDs复合材料。采用一系列手段对所制备的TiO_(2)/CQDs进行表征。以罗丹明B(Rh B)为降解对象,探究了TiO_(2)/CQDs复合材料的性能。结果表明:与TiO_(2)相比,TiO_(2)/CQDs对光吸收强度增加,同时其吸收波长向可见光区发生红移;当CQDs用量为5%时降解率为85.47%,约是TiO_(2)光催化降解率的6倍;且TiO_(2)/CQDs循环使用4次后,其催化降解性能保持在82%以上。从光催化反应机理可知,在光催化Rh B降解过程中,超氧阴离子自由基(·O~-_(2))氧化作用最大,其次是空穴(h~+),再次是羟基自由基(·OH),双氧水分子(H_(2)O_(2))最弱。

木质素基N,S-CQDs的制备及其在Fe^(3+)检测中的应用

以木质素磺酸钠为碳源和硫源,低共熔溶剂(DES)为氮源和反应溶剂制备了一种氮、硫双掺杂的碳量子点(N,S-CQDs)。制备的N,S-CQDs的粒径分布均匀,平均粒径为4.95 nm,量子产率达到了35.7%,量子产率大幅提升。制备的N,S-CQDs对Fe^(3+)具有优异的敏感性,可用于Fe^(3+)的定量检测,检测限为0.25μmol·L^(-1),检测范围是0~200μmol·L^(-1)。

红外成像研究PLLA/N-CQDs复合薄膜的结晶性能

将水热法制得的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)加入聚乳酸(PLLA)基质中,以溶剂浇铸法制备了PLLA/N-CQDs复合薄膜,并通过红外成像分析了N-CQDs的加入对PLLA结晶性能的影响。结果显示,加入N-CQDs可以显著提高PLLA的结晶性能。

CQD人工腱修复兔跟腱的组织学观察

目的应用CQD人工腱修复兔跟腱,以期研究其组织形态学的改变。方法随机选择实验兔一侧后肢作为实验侧,游离跟腱并切除中间束,CQD人工腱替代缺损部,编织缝合于正常肌腱的上下端,生物膜将CQD人工腱包好,全层缝合皮肤。另一侧后肢作为对照侧,除不用生物膜包裹人工腱体外,手术方法与实验组相同。随机分为2周1、、23、、4个月组,每组4只,自身对照。观察指标有:一般情况、大体标本观察、组织学观察、超微结构观察。结果一般情况:术后动物活动不受限,无局部感染,10天后伤口愈合,缝线自然脱落。但从组织学、电镜的观察实验组的愈合均较对照组提前。结论CQD人工腱能够在动物体内腱化并替代肌腱,这将为临床应用提供新的人工腱采料。

原位复合制备CQDs/Ag的催化性能研究

采用水热反应釜法制备碳量子点,然后通过碳量子点还原硝酸银制备CQDs/Ag复合催化剂。利用FT-IR、TEM对样品进行表征,利用荧光分光光度计测试荧光谱,紫外-可见分光光度计测试吸收谱和亚甲基蓝浓度。结果表明:碳量子点表面具有含氧基团和具有还原性的基团,平均粒径约3.5nm,其吸收主要在紫外光区。CQDs/Ag复合催化剂能够使荧光猝灭,可见光区的吸收增强。在可见光照射下,复合催化剂比碳量子点的催化性能更好,CQDs/Ag复合催化剂在35min内能够使50mL 20mg/L的亚甲基蓝完全降解。

CQD人工腱的实验研究及临床应用

本课题所有生物材料均为人发，经促腱化处理后可被机体吸收，同时转化为自体肌腱，代替肌腱的功能：无排斥反应，拉应力无明显衰减，无粘连，滑动性好。通过动物实验对其免疫学、组织学、生物力学等方面的研究，认为是目前较理想的人工腱。本文进一步进行了基础实验，综述临床应用88例，在修复屈肌腱缺损、重建抬肩及屈肘功能、修复膝交叉韧带及跟腱缺损等方面，取得了较好的功能效果，总优良率为96．6％。

CQDs/TiO_(2)复合材料的制备及光催化降解抗生素

以四异丙醇钛和葡萄糖为原料,制备全新的CQDs/TiO_(2)复合材料并用于降解四环素废水.使用XRD、XPS、TEM、HR-TEM、BET、FT-IR、UV-vis DRS等方法进行表征,探究了在不同掺杂量、溶液初始浓度、催化剂投加量、pH、光照强度等条件下的降解效果.实验结果表明,在pH=5.6、催化剂投加量1 g·L^(−1)、四环素溶液浓度10 mg·L^(−1),光照120 min后,CQDs/TiO_(2)对四环素的去除率可达93.1%,复合材料大幅度提升了降解效率.通过淬灭实验,发现降解过程主要起作用的活性物种为·OH、·O_(2)^(−),并分析了CQDs/TiO_(2)降解四环素的反应机制.进行5次循环利用实验,降解率仍能达到80%以上,表现出CQDs/TiO_(2)是一种稳定、可循环利用的复合材料.

CQDs/TiO_(2)的制备及光催化性能

以玉米秸秆为原料,采用磷酸活化法制备了活性炭,并以活性炭为碳源,水热法制备了碳量子点(CQDs),再与TiO_(2)超声波复合制得复合光催化剂CQDs/TiO_(2)。通过FT-IR、XPS、TEM、XRD和拉曼光谱对CQDs进行表征,确证了CQDs主要含C、O元素,并且以C—C/C C、C—O和C O的结合方式存在;CQDs主要是纳米球形粒子(平均粒径3.1 nm),由石墨化碳核和表面功能基团组成。CQDs的荧光性能分析表明:其最佳激发波长为315 nm,发射波长为435 nm,呈蓝色荧光。采用TEM和XPS确证了CQDs/TiO_(2)光催化剂的成功制备,且CQDs与TiO_(2)的复合是通过Ti—O—C连接。在紫外光(365 nm)、可见光(氙灯和太阳光)照射下,对比CQDs/TiO_(2)和TiO_(2)催化降解罗丹明B的性能,结果表明:在紫外光照下CQDs/TiO_(2)比纯TiO_(2)的催化能力低,而在模拟太阳光(氙灯)和室外太阳光照射下CQDs/TiO_(2)的催化性能均优于纯TiO_(2),其中室外太阳光照射105 min时,降解率最高为99.51%,基本完全降解。

g-C3N4/CQDs光催化材料的制备及性能

采用高温热解法制备了石墨相氮化碳(g-C3N4),将其与碳量子点(CQDs)进行水热复合,得到g-C3N4/CQDs复合光催化剂。采用SEM、TEM、FTIR、XRD、UV-Vis/DRS、XPS、N2吸附-脱附等温线手段对制备的复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B(Rh B)为模拟污染物,考察了g-C3N4/CQDs的可见光催化活性及稳定性。结果表明:与g-C3N4相比,g-C3N4/CQDs对可见光吸收强度增加,同时其吸收波长向可见光区发生红移;当CQDs含量为1.5%(以g-C3N4质量为基准)时,所得g-C3N4/CQDs光催化材料的催化活性最佳,其对Rh B的光催化降解率是54.5%,是g-C3N4光催化降解率的1.38倍,化学反应动力学拟合相关系数R^2=0.9982。且g-C3N4/CQDs循环使用3次后,其催化降解率仍保持在50%以上。光催化机理研究表明,空穴(h^+)、超氧阴离子自由基(·O^2–)、过氧化氢分子(H2O2)和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种,四者氧化作用大小依次为:h^+>·O^2–> H2O2>·OH。

N-CQDs修饰介孔TiO2/RGO异构体的构建及光催化性能研究

以柠檬酸三铵为前驱体,构建了系列N-CQDs(N掺杂碳量子点)修饰介孔TiO2/RGO(还原氧化石墨烯)异构体,并通过XRD、TEM、BET、BJH、XPS、PL、UV-Vis等测试手段系统表征其样品的微观结构以及谱学性能,通过使用模拟太阳光为光源测试其光催化性能。实验可知,所构建系列样品均为锐钛矿相TiO2晶体结构,且显著形成了H2型介孔结构,均属于langmuir Ⅳ型孔径结构;柠檬酸三铵的引入以及RGO的异构化逐步地增加介孔TiO2光催化体系比表面积,体系比表面积最高可达331.6 m^2/g;N-CQDs的修饰以及RGO的异构化,使介孔TiO2光催化体系光生电子效率逐步地提升,同时体系光谱响应范围逐步地拓宽;所构建介孔TiO2异构体均具有较强的可见光光催化性能,其中样品N-CQDs-MT/RGO-1.8的光催化活性最强,在模拟太阳光照射下,对甲基橙的降解率在10 min内可达到90%左右,1 h的降解率可达到99%。

BiOCl/CQDs复合催化剂的制备及光催化性能研究

以葡萄糖为碳源,水热法合成水溶性碳量子点(CQDs),通过超声辅助水解法将其与氯氧化铋(BiOCl)复合,制备BiOCl/CQDs复合光催化剂。采用傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对BiOCl/CQDs的结构与性能进行了表征。并以罗丹明B为降解底物,考察不同碳点含量的复合光催化剂的光催化性能。结果表明,和纯相氯氧化铋相比,复合光催化剂的降解率有所提高。碳点浓度为1.5mg/mL,降解时间为40min时,罗丹明B的降解率可达到93%。

CQDs/Bi2SiO5的制备及其光催化性能的研究

将碳量子点(CQDs)与Bi2SiO5层状微球进行控制合成,用以提高光催化性能.将平均直径约为3 nm的CQDs分散在Bi2SiO5层状微球超薄纳米片表面.在对Bi2SiO5纳米片进行改性以促进表面电荷载流子分离的同时,设计了层状结构以加速CQDs内部载流子的转移.将CQDs引入Bi2SiO5层状微球后,在紫外光的照射下对抗生素(CIP)进行降解,光催化活性大大提高了.通过自由基捕获实验,确定了在该体系中的主要活性组分为空穴.改性加入的CQDs可以促进羟基自由基和超氧化物自由基负离子的生成,达到提高光催化性能的目的.

CQDs/Bi2WO6异质结纳米片的水热制备及可见光活性增强机制

日益严重的环境污染正威胁着人类健康。光催化技术在废水处理、空气净化等环境治理领域具有广阔的应用前景。针对Bi2WO6纳米光催化材料存在的载流子复合率高和可见光催化活性低的实际问题,基于碳量子点(CQDs)的光电优势,可控制备CQDs/Bi2WO6异质结纳米片。利用水热合成技术,选取柠檬酸和乙二胺制备碳量子点,以二维片层状Bi2WO6为耦合基底,研究CQDs制备条件和修饰条件对异质结构CQDs/Bi2WO6光活性的影响。结果表明,经200℃水热1 h制备的CQDs的修饰量为7 wt%,与Bi2WO6在150℃水热6 h制得样品光活性最高,其在可见光下光催化降解4-氯酚(4-CP)活性是未改性Bi2WO6的3.2倍。利用XRD、TEM、BET、DRS及电化学测试等表征手段,研究了CQDs修饰对Bi2WO6的表面组成、比表面积、光吸收能力和载流子分离效率的影响规律,探讨了可见光活性增强机制。

宽光谱响应CQDs/TiO_2复合材料的制备及其光催化活性

通过超声法制备了CQDs/TiO_2复合光催化材料,采用XRD、FT-IR、HRTEM、DRS等手段对复合光催化材料的组成、结构和光学特性进行了表征。结果表明CQDs可以成功负载到TiO_2表面,并使催化剂的吸收带边产生红移。以罗丹明B(Rh B)为目标降解物,模拟太阳光和LED单色光为光源,考察了不同CQDs负载量对TiO_2光催化性能的影响,结果表明CQDs/TiO_2在模拟太阳光下展现出出色的光催化活性,当CQDs浓度为1.5 mg/m L时光催化降解效率达到最佳,研究还发现所制备的CQDs/TiO_2复合材料对光谱的可利用范围大大增宽,甚至在850 nm波长光照下依然可以发挥光催化作用。进一步对样品进行荧光及瞬态光电流表征,结果表明CQDs/TiO_2的宽光谱响应主要来源于CQDs的上转换荧光性质。

CQDs@MIL-125复合光催化剂的制备及其光生载流子传输特性

将碳量子点(CQDs)引入钛基金属有机框架材料MIL-125中,旨在将MOFs的高比表面积、多催化位点的优势与CQDs优异的光学特性有机结合,发生协同效应,以期有效提高催化剂的光吸收效率和催化效率。对复合光催化剂的形貌与结构及光电性能进行了测试表征,系统研究了其在可见光催化降解有机染料的催化性能,探索了CQDs的引入方式对复合催化剂结构与性能的影响。