【概述】本文S次將m?TiO2與N?CDs復(fù)合，獲得了一種新型的協(xié)同助催化劑（N?CDs/m?TiO2） 。以亞甲藍(lán)（MB）為模擬污染物研究了光催化性能。發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的 3D 互連多孔結(jié)構(gòu)不僅顯著增加了表面積，而且提供了高密度的可訪問(wèn)
活性位點(diǎn)，從而促進(jìn)了質(zhì)量和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。此外，由于N?CDs優(yōu)異的轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，所獲得的N?CDs/m?TiO2具有顯著增強(qiáng)的光吸收能力，同時(shí)能帶隙大大降低。輻照180 min后，N?CDs/m?TiO2對(duì)MB的脫色率為99.59%，遠(yuǎn)高于
TiO2和m?TiO2。顯著增強(qiáng)的光催化性能歸因于 N?CDs 敏化和獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用，使其在實(shí)際廢水凈化中具有廣闊的應(yīng)用前景。

簡(jiǎn)介：

如今，環(huán)境污染和能源短缺是許多國(guó)家面臨的兩大挑戰(zhàn)。越來(lái)越多的人擔(dān)心，工業(yè)化的快速發(fā)展不僅會(huì)加速能源消耗，而且會(huì)導(dǎo)致有毒和難降解有機(jī)污染物的大量產(chǎn)生，對(duì)人類的健康構(gòu)成威脅。因此，在過(guò)去的幾十年里，人們?cè)谝韵路矫孀龀隽撕艽笈﹂_(kāi)發(fā)先進(jìn)的技術(shù)來(lái)處理含有難降解有機(jī)污染物的廢水處理技術(shù)。這些這些方法主要包括電化學(xué)氧化法，5-8芬頓降解，9-12生物降解，13-15和光催化技術(shù)。16-20尤其是光催化技術(shù)被認(rèn)為是降解這些特別是光催化技術(shù)被認(rèn)為是降解這些有害有機(jī)污染物的有前途的方法，因?yàn)樘?yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的環(huán)境友好型能源資源。一般來(lái)說(shuō)，光催化的效率取決于你所使用的光催化劑的類型，因?yàn)椴煌墓獯呋瘎┑墓獯呋钚圆煌１憩F(xiàn)出明顯的差異。近年來(lái)，作為光催化劑的半導(dǎo)體，包括TiO2,CdS、ZnO、WO3、ZnS等，由于其優(yōu)越的光催化性能，已成為研究的重點(diǎn)。21-26 其中，TiO2因其較高的光催化性能吸引了大量的研究關(guān)注。其中，TiO2因其高的光催化活性、無(wú)毒、低成本和和良好的穩(wěn)定性而引起了人們的極大關(guān)注。TiO2已被應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域，如光催化氫氣進(jìn)化、光電轉(zhuǎn)換、廢水處理和能源儲(chǔ)存。27-34TiO2的帶隙很寬，為3.2eV，對(duì)應(yīng)于387納米的紫外線，也就是說(shuō)，只有一小部分的陽(yáng)光可以被有效吸收。因此，高活性的電子和空穴產(chǎn)生了高度活躍的電子和空穴。一般來(lái)說(shuō)，空穴可以從OH-和H2O中捕獲電子，從而形成一個(gè)羥基自由基（-OH），而電子能夠吸收催化劑表面的O2，從而產(chǎn)生活性的超氧自由基（-O2-）。Z終，這些生成的氧化劑會(huì)將難降解的有機(jī)化合物降解為小分子，如二氧化碳（CO2）和水（H2O）。然而，TiO2光催化劑對(duì)太陽(yáng)光的有效利用只占3％。光催化劑對(duì)陽(yáng)光的有效利用只占3-5%，因?yàn)樗膸逗軐挕４送猓猱a(chǎn)生的電子和空穴容易重新結(jié)合，因此限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了解決這些問(wèn)題，TiO2通常以其改性的形式被使用。如摻入金屬和非金屬元素，創(chuàng)造一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)或形態(tài)，與其他半導(dǎo)體耦合，使量子點(diǎn)敏化，以及許多其他方法。35-38多孔結(jié)構(gòu)可以大大增加表面積，并同時(shí)增強(qiáng)漫反射，這種材料可以在多重散射方面充分吸收光，因此被廣泛應(yīng)用于污染物的光催化降解。多種合成已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種合成技術(shù)來(lái)制造多孔TiO2。。例如，通過(guò)優(yōu)化電紡室的濕度，Aghasiloo等人通過(guò)優(yōu)化電紡室的濕度，成功合成了新型多孔TiO2納米纖維（NFs）39。在這項(xiàng)工作中，所制備的新型TiO2催化劑的表面積為128平方米g-1，是TiO2納米纖維（60 m2 g-1）的2.13倍。此外，它對(duì)亞甲基藍(lán)（MB）和對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)表現(xiàn)出優(yōu)異的降解性能。該材料的降解效率超過(guò)70%，大大超過(guò)了TiO2納米纖維。Azimirad和他的合作者們制備了分層的多孔的TiO2納米復(fù)合材料，使用兩種不同的方法進(jìn)行比較：旋涂技術(shù)和電泳技術(shù)。40 Zhao等人提出了一種新的方法來(lái)制備TiO2粉末，其催化活性顯著提高。41 在這項(xiàng)工作中，所獲得的TiO2光催化劑具有獨(dú)特的介孔結(jié)構(gòu)，其比比表面積高達(dá)130.940 m2 g-1。這是用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法，結(jié)合隨后的冷凍干燥過(guò)程合成的。因此，多孔TiO2有利于增強(qiáng)光散射并同時(shí)提高輻照利用率，從而促進(jìn)其光催化作用。量子點(diǎn)敏化是另一種有效的方法來(lái)提高提高TiO2的光催化性能。然而。有毒的重金屬離子占了已經(jīng)報(bào)道的量子點(diǎn)的大部分，對(duì)環(huán)境是有害的。Z近，直徑小于10納米的碳點(diǎn)（CD）作為新的成員被報(bào)道。它是由一個(gè)準(zhǔn)離散的球狀核心和表面功能團(tuán)組成。CD擁有幾個(gè)著名的的優(yōu)勢(shì)，包括來(lái)源豐富、成本低、無(wú)毒性。和易于制備。根據(jù)我們以前的工作，42在CD中加入雜原子不僅可以提高熒光特性，而且還可以極大地改善
電性能，這使它們成為理想的候選材料，用于光催化和電催化應(yīng)用的理想選擇。一般來(lái)說(shuō)，將TiO2與CD或摻雜的CD耦合可以提高光催化性能，因?yàn)橛袔讉€(gè)潛在的影響。1）碳點(diǎn)的近紅外特性能夠拓寬TiO2的可見(jiàn)光吸收范圍，同時(shí)促進(jìn)其光收集能力。2）CDs的上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換熒光特性允許TiO2在光照下產(chǎn)生更多的電子和空穴。(3）CD作為電子轉(zhuǎn)移的媒介。它促進(jìn)了電子-空穴對(duì)的分離效率。Zhang等人報(bào)道了采用無(wú)機(jī)沉淀法將CQD和TiO2使用無(wú)機(jī)沉淀-沉淀法43。在協(xié)同作用下，TiO2的光催化性能得到了顯著的提升，在光照下對(duì)甲基橙的去除率達(dá)到91.04%。因此，CD敏化TiO2可以大大促進(jìn)其光催化活性。然而，據(jù)我們所知，有關(guān)CD敏化的研究N-CDs/微孔TiO2納米復(fù)合材料的合成和光催化活性的調(diào)查。納米TiO2的合成和光催化活性的研究仍未見(jiàn)蹤影。

祥鵠儀器在文獻(xiàn)中的使用過(guò)程：

N-CDs的制備。N-CDs是通過(guò)以下方法合成的微波輔助的水熱策略。通常情況下，將1.0克檸檬酸（CA）和0.9378克尿素（U）溶解在20攝氏度的水中。20mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，在攪拌和隨后進(jìn)行超聲處理。該混合物被轉(zhuǎn)移到一個(gè)微波容器中的PTFE高壓釜（XH-8000Plus, Beijing Xianghu Science and Technology Development Co,Ltd., 中國(guó)），在180℃下進(jìn)行20分鐘，溫度提升速度為15℃/分鐘。溫度上升速度為15℃/min-1。之后，得到的
產(chǎn)品冷卻到室溫并進(jìn)行在分子量為3500的條件下透析48小時(shí)。Z后，透析后的產(chǎn)品被冷凍干燥和研磨以供進(jìn)一步使用。

結(jié)論：

綜上所述，我們成功地制備了一種高效的助催化劑，即N-CDs/m-TiO2，并將其用于降解甲基溴。顯著提高了光催化活性。在這里，NCDs是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的一步水熱法合成的，隨后與m-TiO2復(fù)合組成，采用溶膠-凝膠法，結(jié)合PS
微球作為模板，以獲得Z終的N-CDs/TiO2復(fù)合材料。對(duì)于m-TiO2來(lái)說(shuō)，它具有獨(dú)特的大孔結(jié)構(gòu)，這增加了表面積，并為光電池提供了豐富的活性位點(diǎn)。此外，NCD的納米結(jié)構(gòu)使其與m-TiO2很好地復(fù)合在一起，極大地提高了光催化性能。由于N-CDs的轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，它的加入也可以縮小的能帶間隙。令人印象深刻的是，經(jīng)過(guò)在光照180分鐘后，所制備的NCDs/m-TiO2顯示出對(duì)甲基溴的卓越的光催化性能。脫色率達(dá)到99.59%，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了純TiO2和m-TiO2的性能。總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明目前的協(xié)同催化系統(tǒng)擴(kuò)大了TiO2的實(shí)際應(yīng)用范圍，并同時(shí)提供了一種新的催化劑。發(fā)展了TiO2的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)為合理設(shè)計(jì)高效的光催化系統(tǒng)提供了一種新的方法。處理含有難降解有機(jī)污染物的污水。