碳量子点/g-C3N4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

光催化技术被认为是21世纪解决能源短缺与环境污染问题最有前景的技术之一。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 因具有制备方法简单、对可见光响应、 化学和热稳定性高等优点，成为重要的非金属光催化材料。

然而，由于g－c₃n₄光吸收能力较弱、光生电子－空穴对重组率高等原因，其催化降解有机污染物的活性受到很大限制。因此，为了有效改善g－c₃n₄的催化活性，需对体相g－c₃n₄进行了改性，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。在g－c₃n₄中掺杂贵金属可以提高光催化活性，但因使用贵金属成本高，难以在催化剂中大剂量使用，因此贵金属/g－c₃n₄复合光催化剂的应用也受到限制。引入非金属助催化剂不仅可以显著改善g－c₃n₄的催化活性，还能有效避免其他改性方法带来的负面影响，具有重要意义和潜在应用价值。

碳量子点(carbon quantum dots，cqds)是一种常见的非金属材料，具有良好的导电性，可作为一种导电材料与g－c₃n₄复合。有研究表明，用碳量子点修饰体相g－c₃n₄可有效促进光生电子－空穴的分离，cqds和g－c₃n₄之间的π－π堆叠相互作用可形成一种ii型范德华异质结，从而显著抑制电荷复合。

2. 研究内容和预期目标

制备碳量子点/g-c₃n₄复合材料并测试其光催化性能。具体内容如下：

(1) 调研碳量子点/g-c₃n₄复合材料研究进展，包括国内外研究现状及其性能

(2) 调研碳量子点的不同制备方法以及所得材料的性能

3. 研究的方法与步骤

(1)使用硫脲为前驱体，将硫脲放置于马弗炉中，于550℃，2℃/min下煅烧2小时，然后，将物料研磨成粉末，然后再次放置到马弗炉中，550℃，2℃/min下煅烧2小时，最后研磨得到g-c₃n₄

(2)选取优质橙子，把橙子洗干净，切成片，放置于榨汁机进行榨取，得到橙子汁，静置，然后对其进行离心，得到纯净的橙子汁溶液

4. 参考文献

[1] fujishima a, honda k. electrochemicalphotolysis of water at a semiconductor electrode[j]. nature, 1972, 238(5358):37-38.

[2] wang x, maeda k, thomas a, et al. ametal-free polymeric photocatalyst for hydrogen production from water undervisible light[j]. nature materials, 2009, 8(1): 76-80.

[3] lin lh, lin zhy, zhang j, et al.molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride singlecrystals photocatalysing overall water splitting[j]. nature catalysis, 2020, 3:649–655.

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4周（2022.03.01～03.28），查阅文献资料，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5周～第7周（2022.03.29～04.18），变化配比和醇热反应条件，合成一系列cqds/g-c₃n₄光催化复合材料；