摘要: 随着工业社会的发展，水污染的问题越来越受到人们的关注。利用光催化剂在太阳能下光催化处理有机染料和重金属离子等污染物是污水处理的重要研究方向之一。而在去除水中污染物的研究中，光催化剂的研究尤为重要。金属有机框架（Metal organic frame，... 展开 随着工业社会的发展，水污染的问题越来越受到人们的关注。利用光催化剂在太阳能下光催化处理有机染料和重金属离子等污染物是污水处理的重要研究方向之一。而在去除水中污染物的研究中，光催化剂的研究尤为重要。金属有机框架（Metal organic frame，简称 MOF)是一类由金属-氧簇和有机连接体组成的一类新型的三维杂化多孔材料，其中的 MIL系列金属有机框架是以铁或钛为金属节点，以对苯二甲酸为有机配体的一类 MOF，成本低廉且在酸碱环境下都能够表现出良好的稳定性，由于其拥有较大的比表面积、多样的孔结构和特定的化学位点，受到了广泛关注。然而金属有机框架的光响应能力有限，且其载流子分离效率和能带结构有进一步优化的空间，这限制了它们的应用和推广。为了提高可见光中 MOF材料的光降解效率，本文以杨木粉为原料制备了碳量子点（CQDs），并将其添加到 MOF的前体溶液中，制备了 CQDs/MIL-125(Ti)/g-C3N4三元复合材料和 CQDs@MIL-88B(Fe)材料，对碳量子点和复合光催化剂的进行了表征测试，并以亚甲基蓝（MB）、罗丹明 B（RhB）和六价铬离子（Cr6+）为目标污染物测试了光催化剂的性能。主要研究成果总结如下： 1、以杨木木粉为碳源，乙二胺和柠檬酸为助剂，220℃的条件下水热8小时制备了木质基碳量子点 CQDs。利用扫描电子显微镜测量所制备碳量子点平均粒径约为7.75 nm，透射电子显微镜下0.31 nm的晶格间距来源于石墨结构的{002}晶面。利用傅里叶转换红外光谱和X射线光电子能谱对木质基碳量子点进行扫描，发现该碳量子点表面富含含氧官能团，有利于其与其他材料结合。通过荧光光谱和CIE色度图的表征发现，木质基碳量子点 CQDs表现出明显的波长依赖性，即发射波长随着激发波长的红移而红移，且该碳量子点在激发光下显现出明显的蓝色。 2、以三聚氰胺为前驱体，550℃下热聚合制备了石墨相氮化碳 g-C3N4。然后将木质基碳量子点 CQDs和石墨相氮化碳 g-C3N4加入到金属有机框架 MIL-125(Ti)的前驱体溶液（钛酸丁酯和对苯二甲酸）中，150℃下加热反应24小时制备了 CQDs/MIL-125(Ti)/g-C3N4三元复合材料。通过 X射线粉末衍射和电镜照片得知，CQDs和 g-C3N4的加入未影响 MIL-125(Ti)的晶体结构，但是它们改变了 MIL-125(Ti)的孔道结构， CQDs/MIL-125(Ti)/g-C3N4三元复合材料粒径约为500 nm，比表面积约为148.16 m2/g，孔容约为0.21 cm3/g，平均孔径约为5.67 nm。MIL-125(Ti)和 g-C3N4的能带结构使他们能够相互组成异质结，碳量子点 CQDs的掺杂加速了异质结构中电子的转移，使得三元复合材料相比纯MIL-125(Ti)和二元复合材料MIL-125(Ti)/g-C3N4，CQDs/MIL-125(Ti)/g-C3N4的吸光能力更强，电子空穴复合率更低，因此光催化效率更高。 3、将木质基碳量子点CQDs加入金属有机框架MIL-88B(Fe)的前驱体溶液（对苯二甲酸和无水氯化铁）中，100℃下反应12小时制备了复合材料CQDs@MIL-88B(Fe)。通过一系列表征发现，木质基碳量子点 CQDs附着在 MIL-88B(Fe)表面，两者结合形成新型光致类芬顿催化剂。CQDs改变了 MIL-88B(Fe)暴露出的优势晶面，傅里叶转换红外光谱中含氧官能团的吸收峰变强，表明CQDsMIL-88B(Fe)使表面官能团的分布发生了变化。CQDs影响了复合材料的孔道结构，导致 CQDs@MIL-88B(Fe)的孔径相较 MIL-88B(Fe)由3.49 nm增大至5.26 nm，比表面积由118.25 m2/g降低至99.83 m2/g，但由氮气吸附脱附曲线和孔径分布图可知 CQDs@MIL-88B(Fe)依然是典型的介孔材料。CQDs增强了 CQDs@MIL-88B(Fe)对光能的吸收，影响了复合材料的带隙结构，CQDs@MIL-88B(Fe)的带隙由2.1 eV降低至1.97 eV，更容易产生光生载流子；在材料制备的过程中，CQDs将 CQDs@MIL-88B(Fe)中约6%的 Fe3+还原为 Fe2+，加速了光致类芬顿反应中两种铁离子之间的转化，也加速了羟基自由基的产生，从而加速了反应的进行；同时CQDs的负载使得 CQDs@MIL-88B(Fe)的载流子复合率下降，提高了电子的迁移率，从而使得H2O2和Cr6+更容易捕获激发电子，加快了光致类芬顿催化进程。 收起