宽光谱响应碳量子点复合材料的制备及其光催化性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:SMXYIMASHI
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半导体光催化技术是人类应对能源短缺和环境污染的重要方式之一,但大部分传统的半导体材料仅可吸收紫外光和一部分可见光,对光谱的利用范围十分有限,因此研究新型具有宽光谱响应范围的半导体光催化剂意义重大。碳量子点(CQDs)是具有准球形结构、可以稳定发光的一种新型零维纳米碳材料,由于其独特的上转换荧光性能,在长波长光的激发下可以发射出短波长光,使得CQDs在设计宽光谱响应的半导体复合催化剂方面有很好的应用前景。因此,本论文将具有独特上转换荧光性能的CQDs与光催化剂形成复合物,制备出宽光谱响应的CQDs复合材料,主要研究内容如下:(1)通过超声法制备了CQDs/TiO2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TiO2表面,并使催化剂的吸收带边产生红移。以罗丹明B(RhB)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TiO2光催化性能的影响,结果表明CQDs/TiO2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/mL时光催化降解效率达到最佳,研究还发现所制备的CQDs/TiO2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/TiO2的宽光谱响应主要来源于CQDs的上转换荧光性质。(2)以Bi(NO33·5H2O为Bi源,乙二醇为溶剂,通过温和的醇溶水解法制备I-BiOBr/CQDs复合材料,采用XRD、FT-IR、XPS、SEM、HRTEM等手段对复合光催化材料的组成、结构和形貌进行了表征。结果表明碘离子修饰在Bi OBr表面,CQDs可以成功负载到I-BiOBr表面,所合成的I-BiOBr/CQD复合材料为片状结构。通过降解甲基橙(MO)来测试制备样品的光催化性能,在可见光下表现出良好的光催化活性,并发现I-BiOBr/CQDs复合材料对光谱的可利用范围大大增强,在850 nm波长光照下依然可以发挥光催化作用。通过PL测试CQDs的荧光性能,发现其具有上转换荧光效应,可以在长波长光的激发下(5001000 nm),发射出具有更短波长的光(350550 nm);DRS和Mott-Schottky测试表明碘离子修饰可以通过提高BiOBr的价带位置来调节其能带结构,从而更好地与CQDs的上转换发光波长范围相匹配。进一步对光催化机理进行分析发现I-BiOBr/CQDs优良的光催化性能来源于碘离子修饰作用和CQDs的上转换荧光性能。
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