Page 74 - 《精细化工》2020年第4期

·708· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

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小依次为：h > •O > H 2 O 2 > •OH。 另一方面使 g-C 3 N 4 对光谱吸收边带发生红移，拓宽
基于以上分析结果以及相关文献 [33] ，可能的反 了 g-C 3 N 4 的光响应范围。
应机理如图 12 所示。当能量大于带隙能的光（hv） （2）CQDs 负载量对光催化剂性能的影响结果
辐射到催化剂时，价带（VB）上的电子吸收光能后 表明：当 CQDs 含量为 1.5%时，g-C 3 N 4 /CQDs 光催
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被激发到导带（CB）上，使 CB 产生激发态电子（e ）， 化活性最大，是 g-C 3 N 4 的 1.38 倍。CQDs 作为光敏
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而在 VB 上产生带正电荷的空穴（h ）。在 CQDs 存 剂，可以使 g-C 3 N 4 吸收波长更长的可见光，光催化
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在时，e 会被 CQDs 捕获存储，从而阻止 e 和 h 的 性能得到了提高。
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复合，存储的 e 与吸附在催化剂表面上的 O 2 发生还 （3）相较于 g-C 3 N 4 ，g-C 3 N 4 /CQDs-3 复合光催
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原反应，生成•O ，•O 与 H 进一步反应生成 H 2 O 2 ， 化剂的催化活性和稳定性都得到明显提高。光催化
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而 h 与 H 2 O、OH 发生氧化反应生成高活性的•OH， 机理研究表明：•OH、h 、H 2 O 2 和•O 都是光催化过
H 2 O 2 、•OH 把吸附在催化剂表面的有机物降解为 程中的主要活性物种，四者活性物种作用大小依次
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CO 2 、H 2 O。在光谱利用方面，因为 CQDs 的上转换 为：h >•O > H 2 O 2 > •OH。
性能，使得催化剂吸收的长波光被转化为较短波长
参考文献：
的光，催化剂吸收波长发生红移。因此，CQDs 主
[1] WANG X C, BLECHERT S, ANTONIETTI M. Polymeric graphitic
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要通过提高 g-C 3 N 4 光生 e 和 h 的分离效率，提高催 carbon nitride for heterogeneous photocatalysis[J]. ACS Catal, 2012,
化反应速率；其次，CQDs 因上转换性能起到光敏 2(8): 1596-1606.
化作用，拓宽光谱利用范围。 [2] WANG Y, WANG X C, ANTONIETT M. Polymeric graphitic carbon
nitride as a heterogeneous organocatalyst: from photochemistry to
multipurpose catalysis to sustainable chemistry[J]. Angewandte Chemie,
2012, 51(1): 68-89.
[3] THOMAS A, FISCHER A, GOETTMANN F, et al. Graphitic carbon
nitride materials: variation of structure and morphology and their use
as metal-free catalysts[J]. Journal of Materials Chemistry, 2008, 18(41):
4893-4908.
[4] LU L, LV Z, SI Y, et al. Recent progress on band and surface
engineering of graphitic carbon nitride for artificial photosynthesis[J].
Applied Surface Science, 2018, 462(31): 693-712.
[5] LUO J, ZHOU X S, MA L, et al. Rational construction of Z-scheme
Ag 2CrO 4/g-C 3N 4 composites with enhanced visible-light photocatalytic
activity[J]. Applied Surface Science, 2016, 390(30): 357-367.
[6] SHI X W, FUJITSUKA M, KIM S, et al. Faster electron injection
and more active sites for efficient photocatalytic H 2 evolution in

图 11 清除剂对 g-C 3 N 4 /CQDs-3 催化降解 Rh B 性能的影响 g-C 3N 4/MoS 2 hybrid[J]. Small, 2018, 14(11): 1703277.
Fig. 11 Effect of scavengers on the Rh B catalytic degradation [7] HUO Y, WANG Z L, ZHANG J F, et al. Ag SPR-promoted 2D
porous g-C 3N 4/Ag 2MoO 4 composites for enhanced photocatalytic
by g-C 3 N 4 /CQDs-3 performance towards methylene blue degradation[J]. Applied Surface

Science, 2018, 459(30): 271-280.
[8] TIAN Y, CAO Y Y, PANG F, et al. Ag nanoparticles supported on
N-doped graphene hybrids for catalytic reduction of 4-nitrophenol[J].
RSC Advances, 2014, 4(81): 43204-43211.
[9] KOH P W, HATTA M H M, ONG S T, et al. Photocatalytic degradation
of photosensitizing and non-photosensitizing dyes overchromium
doped titania photocatalysts under visible light[J]. Journal of
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2017, 332(1): 215-223.
[10] WU S Z, CHEN C H, ZHANG W D. Etching graphitic carbon nitride

by acid for enhanced photocatalytic activity toward degradation of
图 12 光照条件下 g-C 3 N 4 /CQDs 光催化降解 Rh B 反应 4-nitrophenol[J]. Chinese Chemical Letters, 2014, 25(9): 1247-1251.
机理示意图 [11] MOLAEI M J. A review on nanostructured carbon quantum dots and
Fig. 12 Schematic diagram of photocatalytic degradation their applications in biotechnology, sensors, and chemiluminescence[J].
Talanta, 2019, 196(1): 456-478.
of Rh B by g-C 3 N 4 /CQDs under illumination [12] HOANG V C, DAVE K, GOMES V G. Carbon quantum dot-based

composites for energy storage and electrocatalysis: Mechanism,
applications and future prospects[J]. Nano Energy, 2019, 66(6): 104093.
3 结论 [13] WANG W, NI Y R, XU Z Z. One-step uniformly hybrid carbon
quantum dots with high-reactive TiO 2 for photocatalytic application[J].
（1）通过简便的水热法，成功制备无毒、无污 Journal of Alloys and Compounds, 2015, 622 (15): 303-308.
[14] SUN C Y, XU Q H, XIE Y, et al. High-efficient one-pot synthesis of
染、不含金属的 g-C 3 N 4 /CQDs 复合光催化剂；通过 carbon quantum dots decorating Bi 2MoO 6 nanosheets heterostructure
负载 CQDs，一方面增加 g-C 3 N 4 的孔隙率，增大催 with enhanced visible-light photocatalytic properties[J]. Journal of
Alloys and Compounds, 2017, 723 (5): 333-344
化剂比表面积，提高了对有机污染物的吸附能力； [15] QU X F, YI Y D, QIAO F Y, et al. TiO 2/BiOI/CQDs: Enhanced