石墨烯量子点/钒酸盐纳米复合高效光催化剂的构筑及性能研究

The semiconductor photocatalytic technology using solar energy is one of the ideal ways to solve the environmental and energy issues. Photocatalysts are the core part of the photocatalytic technology. The research and development of new photocatalysts have become the current international frontier hotspots in the field of photocatalysis. The preparation method of graphene quantum dots/vanadate nanocomposite photocatalysts with high visible light photocatalytic activity was established through the change of the experimental conditions (reactant concentrations, reaction time, reaction temperature, pH, etc.) in the project. The complex behavior of graphene quantum dots and vanadate was systemically investigated in the mild system. The relationship of the morphology and performance of the composites were studied. The internal relations of the structure and catalytic properties of the composites were explored. The synthesis mechanism of the composite and photocatalytic mechanism were further investigated, which may provide a new approach to high-efficiency composite photocatalyst design for full use of solar energy to solve the energy crisis and environmental pollution problems.

利用太阳能的半导体光催化技术是解决环境和能源问题的理想途径之一，作为核心组成部分，新型光催化剂的研发已成为当前国际光催化领域的研究前沿与热点。本项目旨在通过实验条件（反应物浓度、反应时间、反应温度、溶液pH等）的调控，建立具有较高可见光催化活性的石墨烯量子点/钒酸盐纳米复合光催化剂的制备方法。系统地研究温和体系中石墨烯量子点与钒酸盐的复合行为。研究复合材料的形貌与性能的关系，探索结构与催化性能的内在联系，进一步深入探讨复合材料的合成机制及光催化机理，努力发展新型高效复合光催化剂，为更充分地利用太阳能，解决能源危机和环境污染问题提供一种新的方法和思路。

纳米材料光催化研究作为目前材料科学领域的前沿课题，在新能源和环境净化方面显示出其独特的功能和广阔的应用前景。新型光催化剂的研发已成为当前国际光催化领域的研究前沿与热点。碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料，除具有光稳定性好、毒性低，生物相容性高等优点外，还具有其他特点，如既能作为电子受体也能作为电子给体，并且具有上转换发光性质，因此在催化剂的设计制备方面有着广阔的应用前景。本项目以简便的方法制备了碳量子点、碳量子点/矾酸银半导体复合纳米材料以及金属掺杂碳量子点，并对所制备的碳量子点、碳量子点/矾酸银纳米带复合材料以及贵金属银掺杂碳量子点的形貌，结构和催化性能进行了系统研究。所取得的重要结果如下：1. 乙二胺为碳源，用水热法在200 °C一步合成碳量子点。对碳量子点做了透射电镜分析，荧光光谱，紫外可见吸收光谱，X射线光电子能谱分析表征。并对所制备的碳量子点的催化性能进行了研究。在可见光辐照下，所制备的碳量子点对亚甲基蓝具有优异的催化降解性能。2. 以硝酸银和偏矾酸铵为原料，水热法合成高纯度矾酸银纳米带。将所制备的矾酸银纳米带和碳量子点复合后形成碳量子点/矾酸银复合纳米材料。可见光照射下，对曙红染料进行催化降解，结果表明，碳量子点/矾酸银复合纳米材料的光催化效率高于矾酸银纳米带。3. 以乙二胺和硝酸银为原料，一步水热法合成银掺杂碳量子点。以银掺杂碳量子点为催化剂，硼氢化钠为还原剂，可快速催化降解亚甲基蓝，其效率高于未掺杂碳量子点。上述研究结果为新型高效复合催化剂的研发提供了一种新的途径和思路。