CdS-碳量子点/g-C3N4三相复合材料的合成及其光催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，光催化技术作为一种”绿色”技术，在解决环境问题和能源危机等方面有着广泛的应用。近年来，研究者已开发出各种类型的光催化剂，如金属氧化物、金属硫化物、卤化物、钼酸盐、钨酸 盐及各种非金属催化剂。在众多光催化剂中，g－C3N4由于具有二维(2D)纳米片结构,合适的禁带宽度(Eg=2.7eV),优异的化学稳定性和低廉成本得到广泛的研究。但是,g-C3N4光催化剂本身的光生电子-空穴对复合几率高以及可见光响应范围窄等缺点,使其在光催化领域应用中具有一定的局限性。因此,提高g-C3N4半导体材料的光催化活性成为近年的研究热点，如设计纳米结构、构建异质结复合半导体、掺杂贵金属元素，以及引入非金属助催化剂等。然而，开发纳米结构和构建异质结复合光催化剂存在实验过程复杂、制备繁琐等缺点，难以实现大规模应用。同时，金属化合物半导体与g－C3N4形成复合光催化剂后，可能出现结构不稳定而发生快速失活现象，或是金属离子溶解于水中造成水体二次污染。

众所周知,Z型光催化体系的构筑不仅使材料具有较强的氧化还原能力而且有利于其光生电子-空穴的有效分离.但传统Z型光催化体系由于贵金属的引入、复杂的反应体系限制了其在实际领域中的应用.因此,构筑无电子介体的直接Z型光催化体系成为光催化领域的研究热点之一.与块状材料相比,零维(0D)量子点材料具有带隙可调性,可见光和近红外区域的强光收集能力等性能,在光催化领域具有广阔的应用前景。我们结合水热和微乳溶液法合成Z型CdS-碳量子点/g-C3N4三相复合光催化材料,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)以及紫外可见漫反射光谱(UV-vis)等表征方法对该催化剂的结构特征、微观形貌和光学性能进行分析。并研究该复合材料在可见光下的光催化性能。

2. 研究内容和预期目标

在不同反应条件下制备不同比例的cds-碳量子点/g-c3n4复合材料并测试其光催化性能，具体内容如下：

（1）阅读中外文献，调研碳量子点复合材料的制备方法及国内外研究进展，对比优缺点，总结出较优的制备路线；

（2）确定碳量子点的合成方法，构建cds-碳量子点/g-c3n4z型异质结；

3. 研究的方法与步骤

1.样品制备

（1）制备层状g-c3n4

取10g co(nh2)2于马弗炉中以5℃/min升温至550℃，并在550℃保温4h，冷却至室温后研磨成粉末状备用。

4. 参考文献

1. lei xiaofang, xu tianhong, yao weifeng, et al. hollow hydroxyapatite microspheres modified by cds nanoparticles for efficiently photocatalytic degradation of tetracycline[j]. journal of the taiwan institute of chemical engineers, 2020, 106: 148-158.

2. wang chuang, zhai jiali, jiang huan, et al. cds/ag2s nanocomposites photocatalyst with enhanced visible light photocatalysis activity[j]. solid state sciences, 2019, 98: 106020.

3. guo rui, yan aiguo, xu juanjuan, et al. effects of morphology on the visible-light-driven photocatalytic and bactericidal properties of bivo4/cds heterojunctions: a discussion on photocatalysis mechanism[j]. journal of alloys and compounds, 2020, 817: 153246.

5. 计划与进度安排

2022-2022-1学期17-20周～2022-2022-2学期(1)第1周～第5周（2022.03.01～04.04），查阅资料，细化实验方案，完成开题报告、外文翻译和毕业论文的绪论部分；(2)第6周～第8周（2022.04.05～04.25），变化配比和醇热反应条件，合成一系列CdS-CQDs/g-C3N4光催化复合材料；(3)第9周～第11周（2022.04.26～05.16），对材料进行微观形貌、相结构等的全面表征，进行有机污染物的光催化降解实验，整理数据，总结前期工作，完成中期答辩；(4)第12周～第13周（2022.05.17～05.30），改变实验方案，优化合成条件，深入研究复合材料的光催化机理，拟写毕业论文的实验部分；(5)第14周～第15周（2022.05.31～06.10），提交毕业论文、英文翻译等，完成毕业答辩。