CN103143377A - 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用 - Google Patents

一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103143377A
CN103143377A CN2013100536160A CN201310053616A CN103143377A CN 103143377 A CN103143377 A CN 103143377A CN 2013100536160 A CN2013100536160 A CN 2013100536160A CN 201310053616 A CN201310053616 A CN 201310053616A CN 103143377 A CN103143377 A CN 103143377A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
quantum dot
carbon quantum
soluble carbon
application
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013100536160A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103143377B (zh
Inventor
葛介超
汪鹏飞
蓝敏焕
刘卫敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201310053616.0A priority Critical patent/CN103143377B/zh
Priority to EP13828194.4A priority patent/EP2883835B1/en
Priority to US14/420,078 priority patent/US20150218001A1/en
Priority to PCT/CN2013/072230 priority patent/WO2014023097A1/zh
Publication of CN103143377A publication Critical patent/CN103143377A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103143377B publication Critical patent/CN103143377B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明描述了杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型高效光催化剂的用途。所述的各种杂原子掺杂的水溶性碳量子点含有N、S、Si、Se、P、As、Ge、Gd、B、Sb、Te等杂原子中的一种或几种，其吸收光谱波长在300～850nm的范围内。研究中发现这些杂原子掺杂的水溶性碳量子点在太阳光的照射下不仅能够高效的催化降解环境中的有机污染物,而且还能够高效的光解水制备氢气,在环境和能源领域巨大的应用前景。

Description

一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用
技术领域
本发明涉及一种可用作新型高效光催化剂的杂原子掺杂的水溶性碳量子点在催化降解环境中的有机污染物和光解水制备氢气领域中的应用。
背景技术
能源危机和环境恶化是当前人类社会面临的两个重大问题。许多环境问题都源于能源的生产利用过程，因此开发和利用清洁无污染的新能源不仅有利于消除能源危机，而且有利于防止环境恶化。太阳能与其它能源相比有储量大，可持续，清洁无污染等特点，有效地利用太阳能是解决能源问题与环境问题最完美的方法之一。光催化技术，作为一种极具前景的利用太阳能的手段，也成为了人们关注的焦点。光催化技术有着诱人的前景，首先，能利用太阳光可使水分解产生H2从而有效地解决能源危机。其次，在常温常压下，可以将水、空气中有机污染物完全氧化成C02和H20等无害产物。虽然在过去的几十年中，众多科学家在该领域都做了大量工作，但其大规模的工业化应用尚需时日，如何设计合成高效的光催化剂一直是热门和前沿课题。
碳元素是地球上所有已知生命的基础。由于其具有多样的电子轨道特性(sp1、sp2、sp3)，因此形成许多结构和性质奇特的物质。碳量子点是碳纳米材料家族中的新成员,具有发光可调、荧光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好、无毒性、易于功能化、能够高产率制备等特性，有望在光电子器件、纳米催化剂、生物分析、荧光成像和光热治疗癌症等技术领域显示其广阔的应用前景[Angew.Chem.Int.Ed,2010,49,6726-6244;Chem.Comm.2012,48.3686-3705；]。目前,水溶性碳量子点用作光催化剂的研究尚属起步阶段,无杂原子掺杂的碳量子点需要吸附在如氧化铁、氧化钛、氧化锌等载体上才能用作光催化剂[J.Mater.Chem.,2012,22,24230-24253]。因此，尚需开展大量的研究工作以促进碳量子点在高效光催化剂中的实际应用，其中包括水溶性碳量子点的宏量制备。最近的研究表明，N、S掺杂的石墨[Angew.Chem.Int.Ed.2012，46，11496-11500]和富含氮的聚合物g-C3N4[Nat.Mater,2009,
8,76-80]均显示出很强的催化性能。因此，探索开发基于杂原子掺杂的水溶性碳量子点的宏量制备用作高效光催化剂对解决能源危机和环境污染两个重大问题都具有及其重要的意义。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解有机污染物中的应用。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在裂解水制备氢气中的应用。
本发明所述的杂原子掺杂的水溶性碳量子点，其制备方法包括如下步骤：
1)向共轭聚合物中加入0.01～1000倍共轭聚合物质量、0～1M的酸或碱的水溶液，混合均匀，得到反应液；
2)将反应液加热到100℃～500℃，反应1～48小时；
3)反应完后自然冷却，收集反应液，分离提纯，得到杂原子掺杂的水溶性碳量子点。
优选地，所述共轭聚合物选自具有以下结构式的共轭聚合物中的一种或多种：
Figure BDA00002841701200021
式中：
结构式PT中，m、n和k为0～10000的自然数，m、n和k不同时为0；结构式PPV、PF、PPP、PE中，n为1～10000的自然数；
其中：Ar1为呋喃，噻吩，硒吩，吡咯，吡啶，苯，萘，蒽，芘，吲哚，香豆素，荧光素，咔唑，罗丹明，氰基染料，芴或喹啉；
其中：Ar2为下列结构式中的一种：
Figure BDA00002841701200031
其中：X，Y，Q，E，F，分别或同时独立的为O、N、S、Si、Se、P、As、Ge、Gd、B、Sb、Te、N-R5或Si-R6R7；
其中：Z，G，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15分别或者同时独立为氢原子、1～18个碳的烷基、羟基、巯基、羧基、氨基、酰胺、酸酐、氰基、烯基、炔基、芳基、酯基、醚基、季铵盐、磺酸盐、磷酸盐或聚乙二醇基。
优选地，步骤1）中，所述酸选自下列酸中的一种或多种：盐酸、次氯酸、高氯酸、氢溴酸、次溴酸、高溴酸、碘酸、次碘酸、高碘酸、氢氟酸、硼酸、硝酸、亚硝酸、醋酸、柠檬酸、硫酸、次硫酸、碳酸、磷酸、焦磷酸、次磷酸。
优选地，步骤1）中，所述碱选自下列碱中的一种或多种：碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、氨水。
优选地，步骤2)中，所述反应液加热是在油浴加热、微波反应器、超声波反应器或水热反应釜中进行。
优选地，步骤2）中，反应温度120℃～500℃,反应时间为5～48小时。
为解决上述第一个技术问题，本发明提供一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为光催化剂在降解有机污染物中的应用。
优选地，包括如下步骤：将浓度为5～1000mg/mL的杂原子掺杂的水溶性碳量子点溶液2mL和有机污染物按照体积比1:10～50混合均匀，搅拌1～5个小时，然后用氙灯光照，波长为400～800nm照射，能量为800～1500mW/cm2。
优选地，所述有机污染物包括甲醛、甲醛同系物、乙醛、乙醛同系物、苯、苯同系物或残留在工业废水中的有机染料。
优选地，所述有机染料包括罗丹明B、甲基橙或亚甲基蓝等。
为解决上述第二个技术问题，本发明提供一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在裂解水制备氢气中的应用。
优选地，包括如下步骤：将杂原子掺杂的水溶性碳量子点10～1000mg扩散到100mL含有10wt%牺牲试剂的水中，将混合溶液转移到容器中，通入高纯氮气；然后，用氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为200～2000mW/cm2,时间为180分钟。
优选地，所述的牺牲试剂为三乙醇胺、甲醇、亚硫酸钠、硫化钠、碘化钾、乙二胺四乙酸钠、乳酸、硝酸银等。
本发明具有如下有益效果：
1）本发明合成的杂原子掺杂的水溶性碳量子点是以共轭聚合物为前驱物经过高温碳化过程制备得到的，通过改变共轭聚合物的结构，可以得到含有N、S、Si、Se、P、As、Ge、Gd、B、Sb、Te等杂原子中的两种或几种杂原子且表面带有不同官能团的碳量子点；
2）本发明制备的杂原子掺杂的水溶性碳量子点，吸收光谱宽（300～850nm），几乎可以全光谱吸收太阳光。在光照条件下，产生活性氧的量子产率高达70%～200%,在模拟太阳光（400～800nm）照射下，可作为新型高效光催化剂降解有机污染物和裂解水制备氢气。
附图说明
图1为本发明所合成的杂原子掺杂的水溶性碳量子点的吸收光谱；
图2为本发明所合成的杂原子掺杂的碳量子点的透射电镜图；
图3为本发明所合成的碳量子点用作新型高效光催化剂示意图；
图4为本发明所合成的杂原子掺杂的水溶性碳量子点光降解水中污染物罗丹明B效果图
图5为本发明所合成的杂原子掺杂的水溶性碳量子点光解水制备氢气效果图；
具体实施方式
实施例1
一种N、P双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将10mg聚合物PPV1固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M盐酸水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在250℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到的N、P双原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述N、P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg N、P双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为300mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述N、P双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将50mg N、P双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%乙二胺四乙酸钠的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为500mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PPV1的结构式如下：
Figure BDA00002841701200051
实施例2
一种S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将10mg聚合物PT1固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为5M硫酸水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入微波反应器，反应温度控制在150℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点。
（吸收光谱如图1，碳量子点的透射电镜图如图2）
上述S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为300mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。(如图4）
上述S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将500mg S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%乳酸的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为500mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。(如图5）聚合物PT1的结构式如下：
Figure BDA00002841701200061
实施例3
一种Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将5mg聚合物PT2固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为1M氢氧化钾水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入超声反应器，反应温度控制在250℃，反应时间36小时，冷却后分离提纯，得到Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为500mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将1000mg Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%三乙醇胺的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为800mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PT2的结构式如下：
Figure BDA00002841701200071
实施例4
一种S、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将10mg聚合物PT5和10mg聚合物PPP1混合的固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M磷酸水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在200℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到S、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述S、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg S、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为1000mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述S、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将500mg S、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%甲醇的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为1500mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PPP1和PT5的结构式如下：
Figure BDA00002841701200081
实施例5
一种Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将5mg聚合物PT8固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为1M氢氧化钾水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在250℃，反应时间36小时，冷却后分离提纯，得到Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为800mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将1000mg Se、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%三乙醇胺的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为1200mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PT8的结构式如下：
Figure BDA00002841701200082
实施例6
一种N原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将30mg聚合物PT6固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M氢氧化钾水溶液,混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在210℃，反应时间10小时，冷却后分离提纯，得到N原子掺杂的碳量子点。
上述N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg N原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为300mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述N原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将500mg N原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%三乙醇胺的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为500mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PT6的结构式如下：
Figure BDA00002841701200091
实施例7
N、S双原子掺杂的水溶性碳量子的制备方法，包括以下步骤：
将50mg聚合物PF1固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为5M氢氧化钠水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入微波反应器，反应温度控制在250℃，反应时间48小时，冷却后分离提纯，得到N、S双原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为400mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将500mg S、N双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%乳酸的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为1500mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PF1的结构式如下：
实施例8
P原子掺杂的水溶性碳量子的制备方法，包括以下步骤：
将10mg聚合物PPP1固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M磷酸水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在500℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到P原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述P原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg P原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的甲基橙水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为900mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定甲基橙在463nm处吸光度的变化。
上述P原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将900mg P原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%硫化钠的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为1000mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PPP1的结构式如下：
Figure BDA00002841701200111
实施例9
Se原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将20mg聚合物PT3固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5mM氢氧化钾水溶液,混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在200℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到Se原子掺杂的水溶性碳量子点。
上述Se原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg Se原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为100mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述Se原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将800mg Se原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%碘化钾的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为500mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PT3的结构式如下：
Figure BDA00002841701200121
实施例10
S、Si双原子掺杂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将10mg聚合物PT4固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M氢氧化钾水溶液，混合均匀；将混合均匀的反应液转入微波反应器，反应温度控制在250℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到S、Si双原子掺杂的碳量子点。
上述S、Si双原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg S、Si双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为100mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述S、Si双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将150mg S、Si双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt％亚硫酸钠的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为700mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PT4的结构式如下：
Figure BDA00002841701200122
实施例11
Se、N、P三原子掺杂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
将10mg聚合物PT3和10mg聚合物PPV1固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M氢氧化钠水溶液,混合均匀；将混合均匀的反应液转入圆底烧瓶,油浴加热，反应温度控制在250℃，反应时间12小时，冷却后分离提纯，得到Se、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点
上述Se、N、P三原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg Se、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的亚甲基蓝水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为600mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定亚甲基蓝在650nm处吸光度的变化。
上述Se、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将200mg Se、N、P三原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%乳酸的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为1200mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PPV1和PT3的结构式如下：
Figure BDA00002841701200131
实施例12
S、As双原子掺杂的水溶性碳量子点的制备方法,包括以下步骤：
将10mg聚合物PT7固体粉末放入烧杯，加入40mL浓度为0.5M氢氧化钠水溶液,混合均匀；将混合均匀的反应液转入水热反应釜，反应温度控制在180℃，反应时间24小时，冷却后分离提纯，得到S、As双原子掺杂的水溶性荧光碳量子点。
上述S、As双原子的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解环境中有机污染物上的应用：将100mg As、S双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL浓度为10-5M的罗丹明B水溶液中，然后将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，搅拌2小时，用波长为400～800nm的450W氙灯光照射，光能量为400mW/cm2,每间隔2分钟取出2mL溶液，用紫外-可见光谱仪测定罗丹明B在553nm处吸光度的变化。
上述S、As双原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在光催化裂解水制备氢气上的应用：将50mg As、S双原子掺杂的水溶性碳量子点扩散到100mL含有10wt%三乙醇胺的水中，将混合溶液转移到带冷凝装置、可密闭封口的石英容器中，通入高纯氮气完全除去水中的溶解氧。然后，用450W氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为800mW/cm2,时间为180分钟，产生的氢气用气相色谱在线分析。聚合物PT7的结构式如下：
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在降解有机污染物中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：将浓度为5～1000mg/mL的杂原子掺杂的水溶性碳量子点溶液2mL和有机污染物按照体积比1:10～50混合均匀，搅拌1～5个小时，然后用氙灯光照，波长为400～800nm照射，能量为300～1500mW/cm2。
3.根据权利2所述的应用，其特征在于：所述有机污染物包括甲醛、甲醛同系物、乙醛、乙醛同系物、苯、苯同系物或残留在工业废水中的有机染料。
4.根据权利3所述的应用，其特征在于：所述有机染料包括罗丹明B、甲基橙或亚甲基蓝等。
5.一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点作为新型光催化剂在裂解水制备氢气中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：将杂原子掺杂的水溶性碳量子点10～1000mg扩散到100mL含有10wt%牺牲试剂的水中，将混合溶液转移到容器中，通入高纯氮气；然后，用氙灯光照，光的波长为400～800nm,能量为200～2000mW/cm2,时间为180分钟。
7.根据权利6所述的应用，其特征在于：所述的牺牲试剂为三乙醇胺、甲醇、亚硫酸钠、硫化钠、碘化钾、乙二胺四乙酸钠、乳酸、硝酸银等。
CN201310053616.0A 2012-08-06 2013-02-19 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用 Active CN103143377B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310053616.0A CN103143377B (zh) 2013-02-19 2013-02-19 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用
EP13828194.4A EP2883835B1 (en) 2012-08-06 2013-03-06 Preparation method of heteroatom doped multifunctional carbon quantum dot
US14/420,078 US20150218001A1 (en) 2012-08-06 2013-03-06 Preparation method of heteroatom doped multifunctional carbon quantum dot and application thereof
PCT/CN2013/072230 WO2014023097A1 (zh) 2012-08-06 2013-03-06 一种杂原子掺杂的多功能碳量子点的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310053616.0A CN103143377B (zh) 2013-02-19 2013-02-19 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103143377A true CN103143377A (zh) 2013-06-12
CN103143377B CN103143377B (zh) 2014-11-12

Family

ID=48541853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310053616.0A Active CN103143377B (zh) 2012-08-06 2013-02-19 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103143377B (zh)

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103911151A (zh) * 2014-04-14 2014-07-09 河南师范大学 一种荧光性能可调的硫磷氮共掺杂碳点及其制备方法
CN104312588A (zh) * 2014-09-12 2015-01-28 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种硒掺杂碳量子点的制备方法
US20150361334A1 (en) * 2014-06-16 2015-12-17 Postech Academy-Industry Foundation Process for preparing carbon quantum dots using emulsion
CN105567229A (zh) * 2016-01-29 2016-05-11 天津大学 氟掺杂荧光碳量子点制备的方法
CN105647528A (zh) * 2016-02-02 2016-06-08 中国石油大学(北京) 一种锌掺杂碳量子点、其制备方法及其在检测领域的应用
CN105670620A (zh) * 2016-03-14 2016-06-15 山东农业大学 一种掺杂氮化碳荧光量子点的制备方法
CN106044929A (zh) * 2016-07-25 2016-10-26 湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 壳聚糖量子点作为降解剂的应用
CN106582771A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 太原理工大学 一种宽光谱响应的磁性可见光催化剂的制备方法
CN106807426A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 北京化工大学 一种无金属加氢催化剂及应用
US9715036B2 (en) 2015-06-15 2017-07-25 Baker Hughes Incorporated Wellbores including carbon quantum dots, and methods of forming carbon quantum dots
CN108014624A (zh) * 2018-01-11 2018-05-11 史书亭 绿色气味清除剂的制备方法及其使用方法及其应用
CN108192603A (zh) * 2018-02-02 2018-06-22 上海理工大学 一种用于甲醛检测的氧化氮掺杂碳点荧光探针及其制备方法
CN108212159A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 云南健牛生物科技有限公司 铁掺杂碳量子点/二氧化钛复合光催化剂制备及降解甲醛的方法
US10053974B2 (en) 2015-06-15 2018-08-21 Baker Hughes Incorporated Methods of using carbon quantum dots to enhance productivity of fluids from wells
CN108514889A (zh) * 2018-04-11 2018-09-11 桂林电子科技大学 一种荧光掺杂碳纳米N,B-CDs催化剂及其制备方法和应用
CN108865124A (zh) * 2018-06-06 2018-11-23 南京大学 一种n,p掺杂碳量子点、其制备方法及应用
CN109081305A (zh) * 2018-08-16 2018-12-25 陕西师范大学 一种同时降解生物质和光降解水产氢的方法
CN109266340A (zh) * 2018-12-06 2019-01-25 钦州学院 一种氮掺杂碳量子点的制备方法及其应用
CN109603878A (zh) * 2018-12-21 2019-04-12 中核(陕西)环境科技有限公司 一种利用g-C3N4非均相活化高碘酸盐处理有机废水的方法
CN110002532A (zh) * 2019-03-18 2019-07-12 中国科学院化学研究所 一种利用黑碳光降解水体中有机污染物的方法
US10413966B2 (en) 2016-06-20 2019-09-17 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Nanoparticles having magnetic core encapsulated by carbon shell and composites of the same
CN110665522A (zh) * 2019-08-27 2020-01-10 浙江工业大学 碳纳米管内沉积金属粒子催化剂在苯选择性催化加氢合成环己烷的反应中的应用
CN113413870A (zh) * 2021-05-17 2021-09-21 中国科学院青海盐湖研究所 氧化镁-金属硫化物-生物质炭复合材料及其制备方法和应用
CN115228459A (zh) * 2022-06-14 2022-10-25 珠海科技学院 咪唑基离子液体碳化聚合物点凝胶球的制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1915505A (zh) * 2006-09-11 2007-02-21 复旦大学 一种高稳定可再生的负载型纳米硫化镉光催化剂的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1915505A (zh) * 2006-09-11 2007-02-21 复旦大学 一种高稳定可再生的负载型纳米硫化镉光催化剂的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XINCHENWANG ET AL.: ""A metal-free polymeric photocatalyst for hydrogen production from water under visible light"", 《NATURE MATERIALS》 *
ZHENG MA ET AL.: ""One-step ultrasonic synthesis of fluorescent N-doped carbon dots from glucose and their visible-light sensitive photocatalytic ability"", 《NEW JOURNAL OF CHEMISTRY》 *

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103911151B (zh) * 2014-04-14 2015-12-09 河南师范大学 一种荧光性能可调的硫磷氮共掺杂碳点及其制备方法
CN103911151A (zh) * 2014-04-14 2014-07-09 河南师范大学 一种荧光性能可调的硫磷氮共掺杂碳点及其制备方法
US20150361334A1 (en) * 2014-06-16 2015-12-17 Postech Academy-Industry Foundation Process for preparing carbon quantum dots using emulsion
CN104312588B (zh) * 2014-09-12 2016-08-03 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种硒掺杂碳量子点的制备方法
CN104312588A (zh) * 2014-09-12 2015-01-28 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种硒掺杂碳量子点的制备方法
US10053974B2 (en) 2015-06-15 2018-08-21 Baker Hughes Incorporated Methods of using carbon quantum dots to enhance productivity of fluids from wells
US10280737B2 (en) 2015-06-15 2019-05-07 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Methods of using carbon quantum dots to enhance productivity of fluids from wells
US9715036B2 (en) 2015-06-15 2017-07-25 Baker Hughes Incorporated Wellbores including carbon quantum dots, and methods of forming carbon quantum dots
CN106807426A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 北京化工大学 一种无金属加氢催化剂及应用
CN105567229A (zh) * 2016-01-29 2016-05-11 天津大学 氟掺杂荧光碳量子点制备的方法
CN105647528A (zh) * 2016-02-02 2016-06-08 中国石油大学(北京) 一种锌掺杂碳量子点、其制备方法及其在检测领域的应用
CN105670620A (zh) * 2016-03-14 2016-06-15 山东农业大学 一种掺杂氮化碳荧光量子点的制备方法
US10413966B2 (en) 2016-06-20 2019-09-17 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Nanoparticles having magnetic core encapsulated by carbon shell and composites of the same
CN106044929A (zh) * 2016-07-25 2016-10-26 湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 壳聚糖量子点作为降解剂的应用
CN106582771A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 太原理工大学 一种宽光谱响应的磁性可见光催化剂的制备方法
CN106582771B (zh) * 2016-12-30 2018-11-30 太原理工大学 一种宽光谱响应的磁性可见光催化剂的制备方法
CN108014624A (zh) * 2018-01-11 2018-05-11 史书亭 绿色气味清除剂的制备方法及其使用方法及其应用
CN108212159A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 云南健牛生物科技有限公司 铁掺杂碳量子点/二氧化钛复合光催化剂制备及降解甲醛的方法
CN108192603A (zh) * 2018-02-02 2018-06-22 上海理工大学 一种用于甲醛检测的氧化氮掺杂碳点荧光探针及其制备方法
CN108514889A (zh) * 2018-04-11 2018-09-11 桂林电子科技大学 一种荧光掺杂碳纳米N,B-CDs催化剂及其制备方法和应用
CN108865124A (zh) * 2018-06-06 2018-11-23 南京大学 一种n,p掺杂碳量子点、其制备方法及应用
CN108865124B (zh) * 2018-06-06 2020-07-24 南京大学 一种n,p掺杂碳量子点、其制备方法及应用
CN109081305A (zh) * 2018-08-16 2018-12-25 陕西师范大学 一种同时降解生物质和光降解水产氢的方法
CN109266340A (zh) * 2018-12-06 2019-01-25 钦州学院 一种氮掺杂碳量子点的制备方法及其应用
CN109603878A (zh) * 2018-12-21 2019-04-12 中核(陕西)环境科技有限公司 一种利用g-C3N4非均相活化高碘酸盐处理有机废水的方法
CN110002532A (zh) * 2019-03-18 2019-07-12 中国科学院化学研究所 一种利用黑碳光降解水体中有机污染物的方法
CN110002532B (zh) * 2019-03-18 2020-08-21 中国科学院化学研究所 一种利用黑碳光降解水体中有机污染物的方法
CN110665522A (zh) * 2019-08-27 2020-01-10 浙江工业大学 碳纳米管内沉积金属粒子催化剂在苯选择性催化加氢合成环己烷的反应中的应用
CN113413870A (zh) * 2021-05-17 2021-09-21 中国科学院青海盐湖研究所 氧化镁-金属硫化物-生物质炭复合材料及其制备方法和应用
CN113413870B (zh) * 2021-05-17 2022-11-25 中国科学院青海盐湖研究所 氧化镁-金属硫化物-生物质炭复合材料及其制备方法和应用
CN115228459A (zh) * 2022-06-14 2022-10-25 珠海科技学院 咪唑基离子液体碳化聚合物点凝胶球的制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103143377B (zh) 2014-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103143377B (zh) 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在光催化剂上的应用
Hou et al. Variable dimensional structure and interface design of g-C3N4/BiOI composites with oxygen vacancy for improving visible-light photocatalytic properties
CN104014326B (zh) 一种钒酸铋纳米棒高效光催化剂及其制备方法
CN106362774B (zh) 一种1D/2D垂直状CdS/MoS2产氢催化剂的制备方法
CN107081166A (zh) 一种g‑C3N4/TiO2多级结构及其制备方法
CN102407147A (zh) ZnIn2S4-石墨烯复合光催化剂的制备方法与应用
CN105289689A (zh) 一种氮掺杂石墨烯量子点/类石墨烯相氮化碳复合材料的合成及应用
Yuan et al. Cooperation of carbon doping and carbon loading boosts photocatalytic activity by the optimum photo-induced electron trapping and interfacial charge transfer
CN103301860B (zh) 多壁碳纳米管负载磷酸银可见光光催化剂的制备方法
CN107185558A (zh) 一种光催化制氢催化剂及其制备方法
CN109289881A (zh) 一种纳米碳纤维支撑卤氧化铋光催化剂的制备及太阳能固氮应用
CN101811044A (zh) 铌酸钾纳米管光催化剂及其制备方法和应用
CN102701312A (zh) 染料敏化光催化燃料电池降解有机染料废水同时制氢的方法
CN106975521A (zh) 一种可见光响应锌镉硫固溶体光催化材料的制备方法
CN108927224A (zh) 一种钴离子负载的共价有机框架催化材料及其制备方法和应用
CN108440604B (zh) 一种双核铱-铂配合物、其制备方法及其应用
Cheng et al. Bridging regulation in graphitic carbon nitride for band-structure modulation and directional charge transfer towards efficient H2 evolution under visible-light irradiation
CN109289872A (zh) 一种全光谱响应二氧化碳还原复合光催化剂及其制备方法
CN103785425B (zh) 一种花状Bi2O(OH)2SO4光催化剂的制备方法及应用
Wu et al. A simple synthesis route of sodium-doped g-C3N4 nanotubes with enhanced photocatalytic performance
CN103785429B (zh) 一种磷酸银/石墨烯/二氧化钛纳米复合材料及制备方法
CN104722322A (zh) 一种杂原子掺杂的水溶性碳量子点在有机光氧化反应上的应用
CN104857975A (zh) CdIn2S4-石墨烯复合光催化剂的制备方法与应用
CN107790183B (zh) 一种共轭聚合物纳米粒子光催化剂、制备方法及其应用
CN105771988A (zh) 一种高催化活性分等级结构钼酸银的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant