关键词：
碳量子点
复合纳米材料
光催化
亚甲基蓝
摘要：
工业技术的飞速发展,给人类生活带来便利的同时,也对人类的健康造成了危害。由于发展的盲目性,使人们忽略了对环境的保护,导致世界上大部分的水资源受到有机物的污染。然而传统的污水处理技术难以高效、彻底地除去污染物,相比之下,半导体光催化技术在有机物降解、环境净化方面表现出令人满意的效果。但传统的半导体材料由于光响应范围窄、光生电子-空穴对易复合等原因致使光催化效率低,从而制约了光催化技术的发展。因此,提高光响应范围,减少电子-空穴对的复合将是半导体光催化技术中的关键问题。而半导体复合技术的出现能够有效地解决这一难题。同时碳量子点由于独特的光学性质已被广泛用于光催化领域。本文结合碳量子点与铜基半导体材料的优势,制备了碳量子点/硫化铜和碳量子点/氧化亚铜两种纳米复合材料,这两种复合材料均具表现出优异的光催化活性,其中碳量子点/硫化铜复合材料对枯草芽孢杆菌表现出良好的抑菌作用。具体研究内容如下:(1)以柠檬酸铵和乙二胺为原料,通过一步水热法合成了氮掺杂的高荧光碳量子点。我们对其进行表征,TEM结果显示,该碳量子点粒径均匀,平均粒径为4.2 nm,晶格间距为0.32 nm。并且在紫外灯的照射下能够发出明亮的蓝色荧光。同时该碳量子点的荧光强度基本不受离子浓度、pH以及常见金属离子的干扰。在室温下放置五个月之后仍具有很强的荧光强度,说明该碳量子点具有良好的稳定性。(2)以醋酸铜,硫脲以及碳量子点溶液为原料,采用水热法合成了CQDs/CuS纳米复合材料。对所得样品进行X-射线粉末衍射,透射电镜,红外光谱,X-射线光电子能谱,拉曼光谱等一系列的表征,其测试结果证明了碳量子点成功地复合在硫化铜表面。同时对复合材料的光催化活性及机理进行了探究。实验结果表明,复合材料的光催化活性明显高于普通硫化铜纳米材料。通过探究了解到,其可能的机理是由于依附在硫化铜表面的碳量子点作为良好的电子储存器,促使了光生电子-空穴对的有效转移和分离,从而提高了光催化活性。同时采用扩散法探究了催化剂的抗菌性能,结果显示,该复合催化剂对枯草芽孢杆菌具有明显的抑菌作用。(3)以氯化铜,碳量子点溶液为原料,采用水热法制备了单独的CuO纳米材料和CQDs/CuO纳米复合材料。扫描电子显微镜结果显示,复合材料的粒径明显小于单独的CuO纳米材料,可能是由于碳量子点起到了表面活性剂和稳定剂的作用。此外通过HR-TEM,XPS,FT-IR等测试对复合材料的形貌和结构进行了表征,结果显示碳量子点成功的复合在氧化亚铜的表面。通过对亚甲基蓝和罗丹明B的催化降解,表明CQDs/CuO纳米复合材料的光催化活性明显高于普通的氧化亚铜纳米材料,并且具有广泛性。
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