摘要
碳点（CDs）是一种新型的荧光碳纳米材料，其结构和荧光可调、发光性能稳定、易掺杂、价廉、无毒并具有潜在的光能捕获、转移和转换能力，因而在光催化领域引起了极大的关注。碳点在紫外光区域显示了很强的吸收能力并可延伸到可见光区，在光催化过程中仅仅只利用了很小一部分的太阳光，因此限制了碳点的光吸收以及光诱导电荷的数量从而影响了光催化性能。为解决这些问题，一般采用以下方法来增强碳点的光吸收和电荷转移效率以提高光催化性能：为碳点创造独特的表面形态、在碳点中掺入其他杂原子、与半导体材料等构建异质结或与聚合物、金属有机框架MOFs等形成复合材料等等。 本文以叶酸为前驱体，掺入Zn、Co、Cu、Ru等金属元素合成了金属掺杂碳点（Zn-CDs,Co-CDs,Cu-CDs,Ru-CDs）。研究发现，金属掺杂可提高碳点的电子转移能力以及光催化性能。然后，将Ru-CDs与金属有机框架材料UiO-66复合得到了复合材料Ru-CDs@UiO-66，并使用Zn-CDs和ZnO形成了异质结再与ZIF-8结合形成了Zn-CDs/ZnO@ZIF-8复合材料。这两种材料在光降解盐酸四环素反应中都显示了很好催化效果。因此，金属掺杂以及与MOFs形成复合材料是提高碳点光催化性能的有效方法。本文分为以下三个部分： 一、以叶酸和金属盐为前驱体，分别合成得到了三种金属掺杂碳点：Zn-CDs，Co-CDs，Cu-CDs。利用TEM、XRD、IR、XPS、PL等表征了材料的各种性质。研究发现，三种金属掺杂碳点中，铜元素掺杂更有利于提高碳点的电子转移能力。Cu-CDs在六价铬的还原反应中显示了很好的光催化效率。此外，通过自由基捕获实验说明电子e-和空穴h+在金属掺杂碳点光催化还原Cr(VI)过程中起了关键的作用，从而进一步阐述了光催化反应机理。 二、将Ru-CDs和UiO-66原位复合得到了Ru-CDs@UiO-66复合材料。TEM、XRD、IR、XPS、PL、固体紫外、BET等表征说明Ru-CDs已成功地负载在MOFs框架中。该复合材料对盐酸四环素的降解反应显示了很好的光催化性能。实验表明，Ru-CDs与UiO-66的协同作用，增强了复合材料的光催化能力。此外，自由基捕获实验表明，在光催化过程中起主要作用的活性物种是h+和O2??，并进一步详细阐述了光催化反应机理。 三、将Zn-CDs/ZnO异质结与ZIF-8结合得到了Zn-CDs/ZnO@ZIF-8复合材料。SEM、XRD、IR、XPS、固体紫外、BET等表征了该材料的性质。证实了Zn-CDs/ZnO@ZIF-8具有核壳结构，其中Zn-CDs/ZnO异质结为核，ZIF-8为壳。实验表明，该复合材料对盐酸四环素的降解反应显示了优良的光催化性能。通过自由基捕获实验，发现其中活性物种是h+和O2??并探讨了反应机理。
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