基于卤化氧铋的碳量子点复合材料的制备及其增强光催化性能研究

Constructing and property studying of novel inorganic solid functional materials have received widely attention. This program is designed to prepare halogenic reactable ionic liquids which are composed of longer alkyl grouping carbon chain cations and halogenic complex anions. The carbon quantum dots/bismuth oxyhalides complex materials will be synthesized through a one-pot in situ process in the presence of reactable ionic liquid, and the halogenic complex reactable ionic liquids acted as reactant, template and dispersing agent at the same time. In the reaction system, the reactable ionic liquids played the surfactivity ability and the controlled release of halogenic ion ability. The carbon quantum dots/bismuth oxyhalides complex materials will coupled the adsorption, dispersion, well electron transport and upconverted PL properties of carbon quantum dots with the favourable photocatalysis of semiconductor in order to achieve efficient degradation of phenols in water under the visible light irradiation. The structure-activity relationships of the carbon quantum dots/bismuth oxyhalides photocatalyst will be studied in details. The dynamical model and possible photocatalytic mechanism for degradation of phenols pollutants will be investigated with the in situ spectroscopy.

新型无机固体功能材料的构筑及性质研究受到了广泛的关注。本课题拟设计一系列含有长碳链烷基咪唑、季铵等卤素反应型离子液体。以反应型离子液体为反应源、模板剂和分散剂，通过原位引入碳源和铋源的方法，可控合成碳量子点/卤化氧铋复合光催化材料。在反应体系中，反应型离子液体起到表面活性功能和卤素控制释放功能。该复合光催化材料将碳量子点的吸附性能、良好的电子传输能力和"上转换"光学性质与卤化氧铋半导体材料良好的光催化性能相结合，实现石油化工污水中苯酚等酚类有机污染物的高效可见光催化降解。运用系统的表征方法对碳量子点/卤化氧铋复合光催化材料的组成、结构与酚类污染物降解活性之间的内在关系及污染物降解的动力学模型进行研究。通过原位谱学研究反应过程中复合光催化材料降解酚类污染物的降解机理。

本课题致力于卤化氧铋的碳量子点复合材料的制备及其增强光催化性能研究。研究卤化氧铋材料与碳基量子点原位复合的有效途径，分析卤化氧铋材料的特异物理化学性质。探索功能化离子液体在碳基量子点/卤氧化铋材料可控制备过程中的作用机理。设计合成了一系列高性能的复合光催化剂：N-CQD/BiOI、N-CQD/Bi4O5I2、CQDs/BiOBr、Bi/BiOBr、CQDs/Bi2WO6、N-CQD/BiPO4、C3N4/Bi4O5I2、mpg-C3N4/PbBiO2Br。实现复合材料大吸附容量、宽光谱响应、高载流子分离效率等多功能集成。针对内分泌干扰物（双酚A（BPA））、抗生素（环丙沙星（CIP）、盐酸四环素（TC）、恩诺沙星（ENR）、染料（罗丹明B（RhB））等光催化降解体系，以介尺度调控研究为出发点，研究了复合材料的光催化降解机理和影响光催化效率的关键因素；结合材料的构效关系及其调变规律，研究其吸附-光催化协同作用的机理。研究了复合材料的晶面及层厚度、比表面积、光电化学性质等对光催化降解污染物性能的影响。此外，Bi/BiOBr修饰电极具有良好的光电化学信号和稳定性，对环丙沙星具有较强的光电催化能力，可用于环丙沙星光电检测。该研究工作的开展，不仅可以为铋基光催化剂及其与碳基量子点复合光催化材料的合成提供新的方法，深入理解碳基量子点/卤氧化铋材料的物理化学特性，还能为环境难降解的内分泌干扰物、抗生素、染料等污染物的高效分解提供新的途径。