水溶性碳量子点的制备及其光催化降解研究

摘要

碳量子点作为碳纳米材料界的一颗新星，是一种直径在10nm以下的碳纳米颗粒。凭借生物兼容性、较低的化学活性和稳定的发光特性等优势，碳量子点逐渐在纳米传感器、免疫测定、离子检测、光催化、荧光防伪等领域兴起，受到了国内外研究人员的广泛关注。 本文首先以葡萄糖作为前驱体，以PEO106PPO70PEO106(F127)作为形貌控制剂，采用水热法制备水溶性碳量子点(W-CQDs)。再以介孔二氧化硅(SiO2)为载体，负载W-CQDs。研究结果表明，制备的W-CQDs粒径均匀、尺寸约为2.6nm，在水溶液中具有良好的分散性，与介孔SiO2复合后，W-CQDs/SiO2与W-CQDs相比，其荧光性能得到了明显的提高。 另外，以水性中间相沥青(AMP)为碳前驱体，采用水热法制备了碳量子点(CQDs)，并研究了不同水热反应温度和反应时间对CQDs形貌和量子产率(QY)的影响。结果发现，采用水热法在120℃反应24h制备出的CQDs（CQDs-120-24）粒径均匀，尺寸约为2.8nm，其QY达到了27.6％。对制备的CQDs分别用氨水和亚硫酰氯进行修饰得到N-CQDs和Cl-CQDs后，用三种有机染料(罗丹明B(Rh B)、甲基蓝(MB)和靛蓝二磺酸钠(IC))对CQDs、N-CQDs和Cl-CQDs在光照下的催化性能进行了评估。结果证明，N-CQDs和Cl-CQDs具有比CQDs更优异的光催化性能。值得注意的是，在自然光照4h后，N-CQDs对Rh B的降解率达到了97％，其降解速率常数为0.02463min-1，而且在重复使用5次后，N-CQDs对Rh B的光降解率依旧保持在93％。证明了CQDs对光催化降解水体中的有机染料发挥了重大作用，从而减少环境污染，具有重要的应用价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 本课题的研究背景与意义

1.2 碳量子点的国内外研究进展

1.2.1 碳量子点的性质

1.2.2 碳量子点的制备方法

1.3 碳量子点作为光催化剂的研究进展

1.3.1 碳量子点光催化剂的研究进展

1.3.2 碳量子点复合结构光催化剂的研究进展

1.4 本课题研究意义及研究内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容及技术路线

2 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 实验样品的制备

2.2.1 碳量子点/介孔二氧化硅复合材料的制备实验

2.2.2 碳量子点的表面修饰及其光催化降解有机染料实验

2.3 实验结果的表征

（1）扫描电子显微镜（SEM）

（2）透射电子显微镜（TEM）

（3）傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）

（4）小角度X 射线衍射仪（SAXRD）

（5）荧光光谱仪（PL）

（6）能谱仪（EDS）

（7）紫外可见光光谱（UV-vis）

（8）X 射线光电子能谱技术（XPS）

2.4 量子产率的计算

3 碳量子点/介孔二氧化硅复合材料的制备及其性能研究

3.1介孔SiO2和W-CQDs/SiO2的SEM及EDS结果分析

3.2 W-CQDs和W-CQDs/SiO2的TEM结果分析

3.3 W-CQDs的FTIR结果分析

3.4 SiO2和W-CQDs/SiO2的SAXRD结果分析

3.4 SiO2和W-CQDs/SiO2的PL结果分析

3.5本章小结

4 碳量子点的表面修饰及其光催化降解有机染料的研究

4.1 CQDs、N-CQDs及Cl-CQDs的TEM结果分析

4.2 CQDs、N-CQDs及Cl-CQDs的粒径统计结果分析

4.3 CQDs、N-CQDs及Cl-CQDs的FTIR结果分析

4.4 CQDs、N-CQDs及Cl-CQDs的XPS结果分析

4.5 CQDs、N-CQDs及Cl-CQDs的PL及UV-vis结果分析

4.6 CQDs、N-CQDs和Cl-CQDs的催化性能探究

4.7 N-CQDs的催化机理

4.8 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

在校期间发表论文与获奖情况