碳量子点-二氧化钛复合光催化剂的研究进展

来源期刊：材料导报2018年第19期

论文作者：王春来 李钒 杨焜 刘长军 田丰

文章页码：3348 - 3357

关键词：碳量子点;二氧化钛;光催化剂;

摘    要：随着社会的快速发展,环境污染与能源短缺问题日益突出。光催化技术可以利用太阳能降解水体或大气中的污染物,也可用于催化制氢等,是解决环境污染与能源短缺问题最有效的手段之一。二氧化钛（TiO₂）具有光催化活性高、化学性质稳定、价廉、无毒等优点,是当前应用最为广泛的光催化剂。然而,TiO₂的带隙过宽且光生电子与空穴易再结合,因而在光催化领域的应用受到限制。在过去的10多年中,研究者们发展出了一系列方法尝试提高TiO₂的光催化活性,包括量子点敏化、有机染料敏化、TiO₂晶型与形貌的调节、表面贵金属沉积、过渡金属离子掺杂与非金属离子掺杂等。量子点敏化是将TiO₂与量子点复合,从而调节TiO₂的能带宽度,拓宽对光的响应范围。不过,敏化所用的量子点大多含有有毒重金属离子,严重威胁环境与人体健康,这促使许多学者致力于找寻更安全无毒的荧光纳米材料。碳量子点（CDs或CQDs）是一种新型的荧光碳纳米材料,由sp²/sp³杂化碳原子组成,表面具有各种官能团。与传统的量子点相比,CDs拥有原料来源广泛、理化性能稳定、无毒、生物相容性好、易于功能化修饰、抗光漂白等优点。此外,CDs还具有光诱导电子转移能力、光敏性以及荧光上转换效应等特性,在光电化学与光催化领域具有良好的应用潜力。将CDs与TiO₂复合制成CDs-TiO₂光催化剂,一方面材料毒性低,克服了传统量子点毒性高的缺点;另一方面能有效抑制光生电子与空穴的再结合,增强对紫外光的吸收并且拓展对可见光甚至近红外光的吸收,从而提高材料的光催化活性。当前研究主要从调控TiO₂与调控CDs两方面入手来提高CDs-TiO₂光催化剂的活性,其中前者主要包括TiO₂晶型和晶面的调节、TiO₂的形貌调控与TiO₂的杂化改性;CDs的调控主要包括CDs的杂化改性、CDs粒径与负载量的调节。本文基于CDsTiO₂复合光催化剂当前的研究进展,分析了可能的光催化机理,重点阐述了针对以上几种调控手段的研究结果,最后介绍了CDsTiO₂的制备方法与当前应用现状,并对未来的发展趋势进行了展望。