碳量子点与金属化合物复合材料的制备及其光催化性能研究

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1、中北大学学位论文图书分类号O613.71密级非密注1UDC硕士学位论文碳量子点与金属化合物复合材料的制备及其光催化性能研究韩雪军指导教师（姓名、职称）胡胜亮教授申请学位级别工学硕士专业名称材料科学与工程论文提交日期2018年月日论文答辩日期2018年月日学位授予日期年月日论文评阅人答辩委员会主席2018年05月28日中北大学学位论文中北大学学位论文碳量子点与金属化合物复合材料的制备及其光催化性能研究摘要碳量子点（CQDs）作为一种新型零维发光纳米材料，粒径尺寸一般小于10nm。因其制备方式简单、低成本、元素来源丰富等特点受到广

2、泛关注。近几年，碳量子点除了用于荧光标记、生物检测、载药等领域外，在光能的捕获、转化和储存上也具有独特优势。但是，碳量子点通常在紫外光区域表现出较强的吸收，可见光区域的吸收较弱；同时光生电子与空穴易于在表面发生复合，因而为了改善这些缺点，本论文将碳量子点和其他几种光敏金属化合物进行复合，不仅提高了在可见光区域的吸收，而且促进电子和空穴的转移速度，在可见光照射下，对一些有机物的氧化还原转化效率显著提升。本文主要研究内容和成果有以下几个方面：（1）利用分步水热法制备复合物Cu1.8S/CQDs，通过TEM、XRD、XPS、荧光分光

3、光度计和紫外可见分光光度计进行形貌、结构和性能表征测试。光催化还原叔丁基对苯醌（TBBQ），光照15min后Cu1.8S/CQD对TBBQ的转化率约达到90%，而单独CQDs转化率约只有55%；利用对苯二甲酸（TA）检测光催化过程中活性羟基（·OH）的产生量，发现分步法合成的Cu1.8S/CQD活性羟基产生量约是一步法合成的五倍。证明分步法制备的Cu1.8S/CQD促进电荷的分离和转移，减少了电子空穴的复合，具有更高的光催化活性。（2）将制备好的CQDs通过超声静电作用使其吸附在泡沫镍（NF）孔内表面，然后利用水热法在泡沫镍上

4、形成Ni3S2以增强它们之间连接，最后形成泡沫镍支撑的CQDs/Ni3S2。通过BET测试对比了泡沫镍支撑CQDs/Ni3S2和单独的泡沫镍的孔体积、比表面积和孔径分布，同时进行了形貌、结构和光催化性能测试。光催化实验结果表明，泡沫镍支撑CQDs/Ni3S2产生活性羟基·OH的速率和对叔丁基对苯二酚（TBHQ）的氧化明显提高，最后，研究了泡沫镍支撑CQDs/Ni3S2中CQDs负载量对光催化性能的影响。该方法制得光催化剂相比于粉末状催化剂更易回收和分离。中北大学学位论文（3）利用搅拌和水热法制备出介孔、非晶纳米球状的复合材料C

5、QDs@NiB。透射电镜（TEM）进行形貌观察，显示球形结构含有大量中空介孔通道，该结构利于催化反中北大学学位论文应的进行。同样分析了CQDs@NiB的结构和性能，光催化实验结果表明，CQDs@NiB光催化还原对硝基苯衍生物转化率显著提高。BET测试结果显示经过CQDs复合的NiB中空纳米通道直径减小。电化学测试表明，原位复合形成的CQDs@NiB不仅降低了界面阻抗、提高电荷转移，而且改变了NiB能带位置结构。关键词：碳量子点，光催化，金属化合物，复合材料中北大学学位论文Preparationandphotocatalytic

6、propertiesofcarbonquantumdotsandtheirmetalcompoundscompositesAbstractAsanewtypeofnull-dimensionnanomaterials,thegrainsizeofCarbonquantumdots(CQDs)aregenerallylessthan10nm.Ithasbeenwidelyconcernedinmanyfieldsbecauseofitssimplepreparation,lowcost,abundantsourceelement

7、sandsoon.Inrecentyears,inadditiontotheapplicationoffluorescenceimaging，biologicaldetectionanddrugloading.Thecarbonquantumdotshaveshownexcellentperformanceinthecapture,transferandstorageoflightenergy.Duetothestrongabsorptionofcarbondotsinultravioletregionandthelargen

8、umberofelectronholerecombinationcentersareshowninthethecarbonquantumdots,itisnecessarytoenhancetheabsorptionofcarbonquantumdotsinthevisibl