碳点/贵金属复合结构的制备及其可见光催化性能

【摘要】碳点作为一种新型的碳纳米材料，因其具有良好的光致电子转移和双光子吸收的特性，在光催化剂的设计方面可能用作强大的能量转换器，在降解环境中的有害物质、制取氢能源等领域有着广阔的应用前景。但是目前，碳点在催化方面的研究仍处于初步阶段，单一结构的碳点催化效率并不理想，使其在工业上的广泛应用受到了极大制约。因而开发探索新型结构的碳点复合光催化剂显得极为重要。纳米贵金属由于其等离子共振效应在可见光区表现出强烈的吸收，受到了广泛的关注。因此，将能够高效利用太阳光的碳点与贵金属相复合，有望获得这两种材料的综合性能，从而制备出高效的复合光催化剂，为解决环境问题和能源问题作出重要的贡献。基于此，本论文将采用液相化学还原法制备碳点/纳米贵金属的复合结构，并对其结构、形貌以及性能进行研究。研究的内容以及成果主要有以下几个方面：（1）采用超声波复合法制备了碳点/纳米金（CDs/Au）的复合结构，利用透射电镜、荧光分光光度计、紫外分光光度计等表征手段对其结构、形貌、光学性质和催化性质进行了测试，结果表明：与单一的碳点和Au纳米材料相比，CDs/Au复合结构对亚甲基蓝的降解表现出更优异的光催化性能。研究中还发现减小纳米金的尺寸，合成的CDs/Au复合结构对亚甲基蓝的催化降解效率更高。（2）采用原位复合和简单混合两种方法制备了碳点/纳米银（CDs/Ag）的复合结构，原位复合的CDs/Ag对光的吸收和对亚甲基蓝的降解都高于简单混合的CDs/Ag，说明原位复合法得到的产物具有更好的光化学性能。基于此，系统分析了H2O2对CDs/Ag原位复合结构的影响。实验结果表明：H2O2加入量的不同会改变CDs/Ag原位复合结构的形貌与光吸收，从而导致了不同的光催化性能。CDs/Ag原位复合结构具有高催化活性的机理归于：原位复合碳点与纳米银导致了强化学键的结合，有利于等离子共振效应的发生，从而促使了光的吸收及其能量转化效率的提高。（3）采用原位复合法将两种不同荧光强度的碳点分别与纳米银复合得到了两种CDs/Ag原位复合结构，并以亚甲基蓝为目标降解物进行光催化实验，结果表明：用强荧光发射的碳点原位制备的CDs/Ag复合结构具有更好的光吸收特性和更高的光催化活性。以上结果表明，对碳点复合结构进行合理的设计，引入具有表面等离子共振效应的Au纳米粒子和Ag纳米粒子，不仅能够增强光的吸收，还可以利用二者之间的界面作用促进电子空穴对的分离，有效地提高光催化效率。本文为开发探索新型的高效光催化剂提供了可行的思路与手段，有利于促进光催化技术在环境和能源领域的应用。
【作者】武玲玲；
【导师】胡胜亮；杨金龙；
【作者基本信息】中北大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】碳点；贵金属；复合结构；光催化；

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