关键词： 钙钛矿量子点   热注射法   光催化   白光二极管   防伪  

摘要： 近年来,三维（3D）铯铅卤钙钛矿量子点因其具有强吸收、高光致发光量子产率（PLQY）、可调带隙和窄发射等优良特性,被广泛应用在（白光二极管）WLED、太阳能电池和光催化等领域。由于3D铯铅卤钙钛矿量子点在水氧环境条件下较差的稳定性,使它们的实际用途受到限制。本论文通过结合激子结合能更大、带隙更大的零维（0D）钙钛矿与使用沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）进行表面包覆获得具有更佳稳定性、更多功能性的钙钛矿复合材料,具体的研究内容如下: 1、使用纳米粒子自组装方法在环保溶剂水中合成形貌为菱形十二面体、粒径约为500 nm的ZIF-8多孔结构晶体,在典型热注射法合成Cs Pb Br3、Cs Pb I3纳米晶体步骤中加入干燥的该ZIF-8粉末,使Cs Pb Br3、Cs Pb I3纳米晶体在ZIF-8孔径中原位生长得到Cs Pb X3@ZIF-8（X=Br、I）。该合成方法步骤简单、成本低廉,Cs Pb X3@ZIF-8（X=Br、I）样品具有优异的稳定性,在空气中可以稳定2年以上,在水中15天后依然观察到明显的荧光发射。使用其为主体材料制备的Cs Pb X3@ZIF-8（X=Br、I）/PMMA复合膜具有良好的光学特性,制备的WLED器件绿光发射峰波长为525 nm,红光发射峰波长为697nm,LED色度坐标为（0.31,0.33）,色温为6552 K,显色指数（CRI）为73.6。 2、非光致发光纯无机铯铅溴钙钛矿0D（Cs4Pb Br6）相通过水处理后可变为具有明亮光致发光的3D（Cs Pb Br3）相,但此过程不可逆且对加水量有要求。通过热注射法合成将Cs4Pb Br6量子点在金属有机框架（MOF）ZIF-8中原位生长得到了新型Cs4Pb Br6@ZIF-8白色复合粉末材料,可以通过任意量的水处理-干燥循环完成Cs Br的摘除和插入从而完成从非发光相Cs4Pb Br6到发光相Cs Pb Br3的可逆转换,完成加密/解密转换,且在6次循环转换后仍然可以保持良好的稳定性,制备的复合材料Cs4Pb Br6@ZIF-8复合油墨显示了良好的防伪性能。此外,由于复合材料良好的水稳定性,Cs4Pb Br6@ZIF-8可以在100min内降解超过95%的甲基橙溶液,相较ZIF-8的59.4%光催化效率,提升了1.6倍。 3、通过添加少量的水在甲苯中产生光致发光的0D Cs4Pb X6（X=Br,Br/I）悬浮液。将光致发光的0D Cs4Pb X6钙钛矿与PMMA混合形成0D Cs4Pb X6/PMMA复合膜,比单独制备的3D Cs Pb X3/PMMA复合膜具有更高的光致发光（PL）强度、稳定性、透明度和透射率。此外,在水中30天后,PL强度保持初始值的90%,显示出优异的水稳定性。由该复合薄膜制备的柔性白光LED器件显示出良好的发光性能,显色指数为74.77,色品坐标为（0.32,0.33）,色温为6997 K。

关键词： 锂硫电池   二硫化钼量子点   金属有机骨架   穿梭效应  

摘要： 人类的衣食住行都依赖于能源。在众多储能体系中,锂离子电池（LIBs）占据着主导地位,广泛应用于3 C数码设备、移动通讯、电动车辆和航空航天等领域,并将在大规模可再生能源并网、大规模储能和峰值电流调控等领域发挥重要作用。但是,当前商业化LIBs基于Li+脱嵌机制,其质量能量密度难以突破300Wh/Kg,而电池的能量密度是决定未来电动汽车性能指标的关键因素之一。因此,开发更高能量密度和更低成本的电池,是未来社会发展的必然趋势,也是世界各国面临的共同技术挑战。锂硫（Li-S）电池以单质S为正极,金属Li为负极,结合Li电位低（-3.04 V,vs.H+/H2）、比容量高（3800 m Ah/g）以及硫储量丰富、廉价易得和比容量较大（1675 m Ah/g）的优点,以S为正极,Li为负极组成的Li-S电池具有极高的理论比能量（2600 Wh/Kg）,有望成为最具前景的下一代储能器件。但是由于S正极仍然存在的一些问题,如活性硫及其放电产物导电率低、电极体积膨胀等,极大阻碍了Li-S电池的商业化应用。为解决这些问题,本文制备并研究了一系列二硫化钼量子点（MoS2QDs）修饰的硫基正极材料,将其作为S的宿主材料用于Li-S电池正极,并研究了其电化学性能。本文主要研究内容如下: （1）MoS2QDs-CNTs/S@NH复合材料的制备及Li-S电池性能研究 将MoS2粉末通过超声和细胞破碎剥离制备出MoS2QDs,采用水热反应将MoS2QDs修饰在碳纳米管（CNTs）骨架上得到复合材料MoS2QDs-CNTs,再用熔融扩散法与硫负载得MoS2QDs-CNTs/S,最后用化学沉积法将Ni（OH）2包覆其上制备得到MoS2QDs-CNTs/S@NH复合材料。对获得的材料进行SEM、XRD、TEM、EDS、Raman、BET、XPS等形貌、结构表征。结果表明,MoS2QDs的尺寸小于5 nm,均匀的分布在CNTs表面,部分进入孔道当中。对正极材料进行TG测试,测得正极材料中硫含量为69 wt%。电化学性能测试结果表明,MoS2QDs-CNTs/S@NH复合材料具有优异的电化学性能,在0.5 C倍率下,MoS2QDs-CNTs/S@NH正极材料的初始放电比容量为1141.4 m Ah/g,200圈循环后放电比容量为884.6 m Ah/g,容量保持率为77.5%,每圈容量衰减为0.11%。相同条件下,MoS2QDs-CNTs/S和CNTs/S正极的放电比容量仅为719.5和555.6m Ah/g,容量保持率分别为58.9%和55.7%。 （2）MoS2QDs-ZIF-67/S@NH复合材料的制备及Li-S电池性能研究 以金属-有机框架（ZIF-67）作为活性物质S的多功能载体,以MoS2QDs为活性催化位点,Ni（OH）2作为物理防护层,构筑并制备了MoS2QDs-ZIF-67/S@NH复合材料,验证其对多硫化物（Li PS）的吸附和催化作用。获得的正极材料结合了极性ZIF-67和MoS2QDs的优势,能够通过极性作用锚定Li PS,还可以为氧化还原转化提供大量催化位点,Ni（OH）2包覆层实现了对活性材料的物理限域,还为快速电子/离子传输提供有效途径。电化学测试表明MoS2QDs-ZIF-67/S@NH复合材料具有优异的电化学性能,在0.5 C倍率下初始比容量为1147.6 m Ah/g,循环350圈后,比容量为768.8 m Ah/g,容量保留率为65.5%,每圈容量衰减为0.09%,库伦效率始终维持在94%以上。 （3）MoS2QDs-ZIF 67-CNTs/S@NH复合材料的制备及Li-S电池性能研究 通过CNTs实现MOF的可控生长,原位合成了CNTs连接ZIF-67多面体（ZIF 67-CNTs）复合结构作为Li-S电池正极。CNTs构成的导电网络串联了分散的ZIF-67颗粒,使得ZIF-67粒径减小,从而缩短了离子在电极中传输的距离,增强了电池的电化学活性。在ZIF 67-CNTs的到店骨架上进一步修饰MoS2QDs和Ni（OH）2包覆层,构筑了具有多活性位点和物理屏障的MoS2QDs-ZIF 67-CNTs/S@NH正极材料。电化学测试结果表明,MoS2QDs-ZIF 67-CNTs/S@NH正极材料初始比容量为1179.6 m Ah/g,循环200圈后,其容量剩余为901.7m Ah/g,每圈容量衰减仅为0.12%,容量保持率为76.4%,库仑效率始终保持在99%以上。

关键词： 沥青烟气   硫化物   金属有机框架   密度泛函理论   弱相互作用分析  

摘要： 沥青在交通运输业中使用量占比逐年增多,其释放的沥青烟气对人们生活产生着巨大的危害,严重危害着人类身体健康。因此沥青烟气中异味重占比大的剧毒有害气体硫化氢、二硫化碳、羰基硫、乙硫醇的脱除,对环境保护及人体健康具有重要意义。金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种孔隙率高、比表面积大的新型多孔材料,其孔结构形状、孔径大小可调控以及功能化修饰,广泛应用于气体存储与分离、捕获、传感、催化等各领域,是捕获有毒气体的理想材料,在吸附硫化物方面有着广阔的应用前景。由于硫化氢等硫化物在实验过程中的局限性,以及吸附性能的表征实验测试方法的弊端。本文采用量子化学中的密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)来进行模拟计算研究。使用量子化学计算程序Gaussian 16进行密度泛函(Density Func-tional Theory,DFT)的计算,基于主客体吸附模型的高精度波函数,通过弱相互作用图形化分析方法——独立梯度模型(Independent Gradient Model based on Hirshfeld pa rti-tion,IGMH)对主客体吸附模型进行弱相互作用分析。结合弱相互作用等值面图、彩色散点图、原子贡献图,分析确定涉及弱相互作用的区域和强弱。 以硫化氢、二硫化碳、羰基硫、乙硫醇为客体分子,选取孔径相对小、孔隙率高的多孔材料MOF-5系列的初始结构IRMOFs作为原始吸附框架结构,构建主客体吸附模型,通过密度泛函理论研究金属有机框架材料对于硫化物的吸附性能。与实验室“试错式”吸附法相比,采用量子化学计算方法设计研究对硫化物的吸附性能具有成本低、效率高、选择性好等优势,对脱除沥青烟中的硫化物等剧毒物质、净化大气环境具有重要的意义。本论文的研究成果主要包括以下三个方面: (1)IRMOF-1、IRMOF-2、IRMOF-3、IRMOF-4、IRMOF-6、IRMOF-7 对硫化氢均产生弱相互作用,对硫化氢吸附作用良好。综合分析,IRMOF-2、IRMOF-3、IRMOF-7对硫化氢吸附效果相对优异。综合考虑吸附量及弱相互作用强弱,IRMOF-7孔结构不仅对于硫化氢吸附作用较强,且选择性吸附效果最佳。 (2)IRMOF-1-OH、IRMOF-1-CH2OH、IRMOF-1-CH2CH2OH、IRMOF-1-CHO、IR M-OF-1-COOH、IRMOF-1-CH2COOH、IRMOF-2-Cl、IRMOF-2-F、IRMOF-2-I 对硫化氢均产生弱相互作用,对硫化氢吸附作用良好。综合分析,IRMOF-1-CH2CH2OH、IRMOF-1-CH2COOH孔结构对硫化氢吸附作用非常强,选择性吸附效果最佳。 (3)IRMOF-7、IRMOF-1-CH2CH2OH、IRMOF-1-CH2COOH 对二硫化碳、羰基硫、乙硫醇均产生弱相互作用,吸附作用良好。综合考虑吸附量及弱相互作用强弱,IRMOF-1-CH2CH2OH对二硫化碳的吸附作用最强,IRMOF-1-CH2COOH对羰基硫的吸附选择性强的同时吸附性能最好,IRMOF-1-CH2CH2OH对乙硫醇的吸附选择性强的同时吸附性能最好。其中IRMOF-1-CH2COOH针对羰基硫的弱相互作用以及IRMOF-1-CH2CH2OH针对乙硫醇的弱相互作用选择性强的同时吸附性能最优异。

关键词： 环形栅极晶体管   隧穿场效应晶体管   缺陷性质   金属-氧化物半导体场效应晶体管   非平衡格林函数   第一性原理计算  

摘要： 随着芯片集成度不断提高,晶体管尺寸不断缩小,愈发显著的短沟道效应导致了器件栅控能力减弱、功耗和泄漏电流变大等问题。设计基于低维材料的沟道和晶体管器件是当前克服短沟道效应的主要方式之一。低维材料因不存在悬挂键和具有原子级厚度等特点,不仅有利于实现沟道厚度缩放,还可以在保持低亚阈值摆幅和低漏电流同时,实现纳米级栅极长度缩放。然而,当前低维材料晶体管还面临许多问题。例如,石墨烯、黑磷等二维材料分别存在零带隙、稳定性等问题不能直接用于晶体管沟道,硫化锗（GeS）的金属-氧化物-半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,简称MOSFET）亚阈值摆幅偏高,隧穿场效应晶体管（tunneling field-effect transistor,简称TFET）开态电流低等。 针对这些问题,本文采用密度泛函理论（density functional theory,或DFT）与非平衡格林函数（non-equilibrium Green's functions,或NEGF）相结合的方法从两方面展开计算研究。一方面,提出本征硫/硒化硅[Si X2（X=S/Se）]纳米线环形栅场效应晶体管（gate-all-around field-effect transistor,简称GAA FET）和单层氮化铋（Bi N）TFET分别在亚5 nm和亚10 nm节点具有应用潜力,并且Si X2和Bi N可以直接用于晶体管沟道。另一方面,提出点缺陷可以改善单层GeS MOSFET的亚阈值摆幅和TFET的开态电流。主要研究结果具体如下: （1）提出了基于Si X2（X=S,Se）的GAA FET器件,并预测了其输运性质,发现在亚5 nm节点低功耗器件应用中Si X2比碳纳米管更具有优势。本文计算发现,亚5 nm Si X2基GAA FET具有优异的弹道输运特性,其器件性质参数符合2013年国际半导体技术路线图（International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS）要求。同时,Si Se2GAA FET具有超低最小亚阈值摆幅,突破了室温下玻尔兹曼理论极限,因而具有极佳栅极可控性。与输运性质较好碳纳米管（CNT）GAA FET相比,Si X2GAA FET开态电流与CNT GAA FET相当,并且Si X2GAA FET功耗延迟积比CNT FET小100倍。这项工作为亚5 nm节点GAA FET的发展提供了一种新的方案。 （2）提出以单层Bi N为沟道的TFET器件,研究了其输运性质,并阐明其在亚10 nm节点具有应用潜力。本文计算表明,n型Bi N TFET比p型TFET具有更好的输运性能,其开态电流满足国际器件与系统路线图（International Roadmap for Devices and Systems,IRDS）对高性能和低功耗器件的要求。Bi N TFET具有出色的栅极可控性,即使栅极长度缩短至6 nm时,其最小亚阈值摆幅也低于60 m V/decade,优于黑磷TFET、硒化锗TFET和Bi N MOSFET等。此外,Bi N TFET还具有极短延迟时间和超低功耗,因此具有实现高开关速度和低功耗应用的潜力。本工作有助于推动亚10 nm节点TFET的发展。 （3）研究了单层GeS缺陷性质及缺陷对GeS MOSFET输运性质的影响,发现缺陷可以改善其亚阈值摆幅。本文计算表明,硫间隙缺陷（Si）形成能最低,而锗空位缺陷(VGe)受主能级较浅,电离能较低,容易电离出自由空穴。因此,在GeS MOSFET源极引入Si和VGe。引入Si可以在降低源漏间的泄漏电流,且保持开态电流不变的同时,将最小亚阈值摆幅由71 m V/decade降至64 m V/decade;而引入VGe后,掺杂浓度为3.2×10-2和3.6×10-2e/atom时,最小亚阈值摆幅降至60 m V/decade以下,突破了玻尔兹曼理论极限,与此同时其关态与开态电流可以满足IRDS对低功耗器件的要求。本工作为改善单层GeS MOSFET输运性质提供了理论方案。 （4）计算并分析了缺陷对GeS TFET输运性质的影响,确定了源极与沟道处改善GeS TFET开态电流的缺陷类型。在源极与沟道界面处引入锗空位缺陷(VGe)、硫空位缺陷（VS）、锗替硫缺陷（GeS）和硫替锗缺陷(SGe)后p型单层GeS TFET开态电流值分别增大了4倍、10倍、5倍和7倍,而引入VS和锗间隙缺陷（Gei）的n型ML GeS TFET开态电流值分别增大了7倍和3倍。同时,p和n型单层GeS TFET电流值增加原因是深施主和深受主缺陷缩短了载流子隧穿路径。本项工作明确了可以提高单层

关键词： 卤化物钙钛矿量子点   氧化钆   钼酸钆钠   纳米复合材料   发光性能   稳定性  

摘要： 卤化铅铯钙钛矿量子点（CsPbX3 PQDs,X=Cl,Br,I及其混合物）具有发射带宽窄、色纯度高、光致发光量子产率高、带隙可调、易于合成等特点,在光电子、显示器、发光器件、太阳能电池和光催化等领域引起了广泛研究。然而CsPbX3 PQDs也存在一些固有的缺点,例如晶体结构不稳定,极易受到环境因素（如水、氧、热和光照）的影响而产生缺陷或发生分解,这一问题严重限制了其实际应用,因此亟需解决CsPbX3PQDs的稳定性问题。本文采用基质封装策略提升量子点的稳定性,通过热注射法合成了具有不同结构的卤化物钙钛矿量子点并将其封装在不同基质中形成纳米复合材料,并对其物相、结构、组成、发光性能、稳定性和应用进行了详细研究。研究内容主要为以下三个部分: 采用热注射法将CsPbBr3 PQDs封装在无机介孔材料Gd2O3纳米空心球中制备CsPbBr3@Gd2O3:Ln3+（Ln=Eu,Yb/Er,Yb/Ho）纳米复合材料。Gd2O3纳米空心球在PQDs外部形成致密的保护壳层,有效的防止了PQDs发生团聚,增强了PQDs的结构稳定性和对极性溶剂的稳定性,并延长了其贮存时间。此外,Gd2O3空心球材料对CsPbBr3PQDs的有效封装使量子点的发光性能显著提升。通过调节CsPbBr3@Gd2O3:Eu3+纳米复合材料的激发波长可以实现复合材料发光颜色的有效调控。将CsPbBr3@Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米复合材料与365 nm和940 nm发光二极管（LED）芯片相结合制备的LED器件分别发出明亮的绿光和红光,表明CsPbBr3@Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米复合材料在LED器件光电领域中具有一定的应用潜力。此外,CsPbBr3@Gd2O3:Yb3+,Er3+复合材料具有上/下转换双模式发光性能,既具有下转换绿光发射,又具有上转换红光发射,因此在光学防伪领域具有潜在的应用价值。 通过热注射法合成了CsPbBr1.5I1.5@Gd2O3纳米复合材料,CsPbBr1.5I1.5 PQDs通过Gd2O3基质的表面介孔在空心球内部和孔隙中原位生长,有效提升了CsPbBr1.5I1.5 PQDs的贮存时间、水和热稳定性。改变Gd2O3:Ln3+（Ln=Eu,Yb/Er,Yb/Ho）基质中掺杂的稀土离子,合成了一系列具有下转换和上转换发光性质的纳米复合材料。另外,Gd2O3纳米空心球材料的封装显著增强了CsPbBr1.5I1.5 PQDs的荧光发射强度,且具有较高的色纯度。将CsPbBr1.5I1.5@Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米复合材料与310 nm UV芯片结合,制备的LED器件发出耀眼的黄光,具有优异的电致发光性能,说明其在光电器件方面具有潜在的应用价值。将CsPbBr1.5I1.5@Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米复合材料制作成防伪图案,其双模发光特性可以有效提高防伪安全性,在光学防伪中具有潜在的应用前景。 设计合成了形貌均匀、结构稳定的NaGd（MoO4）2纳米空心球作为封装PQDs的基质材料,通过热注射法合成了的一系列具有上下转换发光性能的CsPbBr3@NaGd（MoO4）2:Ln3+（Ln=Eu,Yb/Er）纳米复合发光材料。探究了改变NaGd（MoO4）2基质加入的质量对复合材料中CsPbBr3 PQDs的荧光发射强度的影响,确定了基质的最佳加入质量。NaGd（MoO4）2纳米空心球的包覆可以显著提高CsPbBr3PQDs的储存稳定性以及水、热稳定性。利用CsPbBr3@NaGd（MoO4）2:Yb3+,Er3+纳米复合材料和UV芯片制备的LED器件能够发出强烈的绿光,表明该复合材料在LED器件和显示器领域中具有一定的应用前景。此外,CsPbBr3@NaGd（MoO4）2:Yb3+,Er3+纳米复合发光材料的双模发射特性还有望应用于防伪领域。

关键词： 煤基碳量子点   钴基复合材料   异质结   光催化   析氢  

摘要： 为解决能源危机和环境问题,发展清洁的可再生能源已成为研究热点。太阳能是最丰富的可再生能源之一。光催化制氢可以利用太阳能,在催化剂的参与下通过可见光的照射实现分解水制氢。氢气具有高能量密度,燃烧零排放,已成为公认的清洁能源。但是目前大多的半导体光催化剂出现光吸收能力弱、光生载流子的分离效率低、表面活性位点的数量不足等问题,不能够实现高效析氢。本研究通过对半导体光催化剂进行形貌调控,构建异质结,引入助催化剂来提高半导体光催化性能,实现高效光催化分解水制氢。主要工作内容如下: (1)利用超声辅助过氧化氢将廉价的煤炭转化为高价值的煤基碳量子点(CQDs)。将其用于协助CoMoO4(CM)与g-C3N4(CN)光催化分解水析氢。结果表明,新型复合光催化剂CMCN-11/8%SCQDs具有较高的析氢活性,在pH为9时,最高析氢速率达到4916.63 μmol·g-1·h-1。在波长420 nm下,表观量子产率(AQE)为1.78%。CM的导带和价带位置分别为-1.03 eV和1.65 eV,CN的导带和价带位置分别为-0.83 eV和1.72 eV,由此推测CM与CN之间形成了 S型异质结。深入探讨了含硫煤基碳量子点(SCQDs)在改善光催化析氢中的作用,证明了 SCQDs与CM和CN的协同作用可以提高析氢活性。SCQDs具有良好的电子传输能力,是电子传输的桥梁,既能当作存储电子的受体,也能当做提供电子的供体,可有效地阻碍电子-空穴对的快速复合,提高电子-空穴对的分离效率。本研究为SCQDs用于光催化分解水析氢提供了关键信息,为合理设计高效廉价的光催化剂开辟了新途径。 (2)采用高硫煤为碳源,尿素为氮源,用水热法一步成功制备氮硫共掺杂煤基碳量子点(NSCQDs)。通过在片状钴基金属-有机框架(Co-MOF)表面和g-C3N4(CN)表面原位生长氮硫共掺杂煤基碳量子点(NSCQDs)纳米颗粒,成功合成了一种用于光催化分解水析氢的新型复合光催化剂。对所得催化剂进行了系统的结构及性质分析,NSCQDs有效地拓宽了 Co-MOF和CN在可见光区域。新型复合光催化剂具有较高的产氢活性,pH=9时,产氢速率达到6254 μmol·g-1·h-1。同时,NSCQDs协同Co-MOF/CN复合材料具有良好的稳定性。在经过4次循环产氢后,其产氢性能仍能维持在相对稳定的水平。瞬态光电流响应和奈奎斯特图实验结果进一步证明了复合催化剂中载流子分离效率的提高。通过莫特-肖特基测试确定了单相催化剂的半导体类型(n型半导体),并分析了其能带结构。CN的导价带位置分别为-0.99 eV和1.72 eV,Co-MOF的导价带位置分别为-1.85 eV和1.33 eV。由此推测出该体系的光催化反应机理,即CN与Co-MOF之间形成了 Z型异质结,NSCQDs作为助催化剂。有效增强了复合催化剂的光催化析氢活性。 (3)采用氮硫共掺杂煤基碳量子点(NSCQDs)用于协助金属磷化物(Co-P和Fe-P)光催化分解水析氢。对合成的催化剂进行了系统的结构及性质分析,研究了其光催化析氢活性与稳定性,对光催化机理进行了分析。结果表明,新型复合光催化剂具有较高的析氢活性,在pH为10时,最高析氢速率达到28.41 mmol·g-1·h-1。在波长520 nm下,AQE为4.93%,光-氢(STH)转化效率达到0.46%。瞬态光电流响应和奈奎斯特图实验结果进一步证明了复合催化剂中载流子分离效率的提高。通过莫特-肖特基测试确定了单相催化剂的半导体类型(n型半导体),并分析了其能带结构。Co-P的导带和价带位置分别为-0.44 eV和1.31 eV,Fe-P的导带和价带位置分别为-0.51 eV和1.17 eV。由此推测出该体系的光催化反应机理,即Co-P与Fe-P之间形成了 S型异质结,NSCQDs作为助催化剂,实现高效光催化析氢。

关键词： 碳点   碳量子点   硅烷偶联剂   荧光粉   固态光致发光碳点  

摘要： 碳点（CDs）类纳米材料因其易于制备纯化、光学性能优异、应用场景广泛等优势被认为是替代传统发光材料的候选。但受荧光共振能量转移（FRET）和发光中心π–π堆积作用产生的荧光自淬灭效应影响,通常无法通过直接干燥荧光碳点溶液得到固态碳点发光材料。本论文通过基质分散方法,以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）连接纤维素或自交联成功制备出两种新型固态碳量子点（CQDs）发光材料并实现其应用,研究内容如下: 1.以KH-560为连接剂,制备CQDs/纤维素固态发光复合材料用于Fe3+检测。该体系首先以生物质废弃物花生壳为原料,乙二胺（EDA）为氮掺杂剂,经水热反应制备出具有高量子产率（18.86%）生物质衍生氮掺杂碳量子点（N-CQDs）,并通过KH-560的连接作用将N-CQDs结合到花生壳提取纤维素表面制备N-CQDs/纤维素固态发光复合材料（NKC）。NKC在展现良好荧光稳定性的同时,继承了N-CQDs对Fe3+优异的检测性能,其线性检测范围为0～3.3 m M,检测限为10.56μM。研究N-CQDs的荧光淬灭机制发现,NKC在检测Fe3+后具有可回收、重复利用潜力,荧光强度恢复到原溶液的93%,为生物质废弃物转化为高价值的固态发光材料提供新路径。 2.以KH-560自交联形成的凝胶为分散基质,利用浓度依赖发光效应制备蓝色和青色荧光粉。该体系首先以柠檬酸和EDA为前驱体,经水热反应合成具有极高量子产率的N-CQDs（98.45%）,并发现其具有浓度依赖发光效应,低浓度N-CQDs溶液在365 nm紫外光激发下发出蓝色荧光,高浓度时发出青色荧光。混合不同浓度N-CQDs的KH-560在氨水作用下迅速交联形成凝胶,经干燥、研磨和筛分后制得具有优异耐水性和荧光稳定性的蓝色荧光粉NK-10和青色荧光粉NK-25。两种荧光粉可以作为LED灯器件的光转换层和荧光墨水,用以LED灯照明和荧光图案书写。此外,该体系开发的制备荧光粉方法适用分散在乙醇中的高波长发光碳点,为将碳点溶液快速制成固态发光材料提供一种新的简单方法。