【摘要】：打造高效可控的光催化剂是借助太阳能这一清洁可再生能源的关键所在。而作为光催化剂最重要的性质之一是电子传输能力。目前,大多数光催化剂电子传输能力较低,限制光催化反应效率。碳量子点(Dots,CQDs)具有良好的水溶性、光物理稳定性、光致发光等优良性能,使其在光催化领域具有良好的应用前景。因而,本论文以石油焦、EDTA盐为原料制备CQDs,分别通过控制表面构象、金属参杂等方式提升CQDs的电子传输能力,主要内容如下。通过调控CQDs表面构象,实现其电子传输能力的提高。以石油焦为原料,浓硝酸和浓硫酸的混和酸或浓硫酸为氧化剂,借助物理氧化法在不同反应室温下制备出一系列CQDs(C-120、C-140、C-180、H-120、H-140和H-180)。与C-180相比,C-120表面富含更多的吸电子官能团C=O,大大提高其电子传输能力。将其用于光催化1量子传输速率,4-二氢呋喃(1,4-DHP),C-120显示出高效的催化性能,30min时,1,4-DHP的转化率达到99.9%,是C-180的6.5倍。据悉,H-120表面不富含吸电子官能团–SO_3H,其电子传输能力高于C-120。与C-120相比,其光催化1,4-DHP的转化率和反应速度分别增加1.2倍和1.4倍。通过单一锌金属参杂量子传输速率,提升CQDs电子传输能力。为了防止强氧化性酸的使用,以Na_2[Zn(EDTA)]为原料制备锌参杂CQDs(Zn-CQDs)。与无金属参杂CQDs(E-CQDs)相比,Zn-CQDs的吸电子能力和给电子能力皆提高1.2倍,基于以上优异的电子传输性能,Zn-CQDs在1,4-DHP的光催化中显示出高效的催化性能,产物产率提升1.4倍,反应速度提高1.9倍。通过双金属共参杂,建立CQDs内电子熔断器,从而提升其电子传输性能。以Na_2[Zn(EDTA)]和Na_2[Cu(EDTA)]为原料制备铜、锌共参杂CQDs(Zn-Cu-CQDs)。锌、铜离子作为电子熔断器,在1,4-DHP光催化反应过程中有效地制止电子-空穴的复合。与E-CQDs相比,Zn-Cu-CQDs的电子传输能力有了很大提高,反应时间减短30min,转化率提升1.5倍,反应速度提升2.7倍。
