C/ZnO（TiO2）纳米复合体系的能量传递与光催化剂设计

细化、优化荧光碳纳米粒子的水热合成，可控合成大量多样的碳荧光纳米结构材料；系统考察荧光碳纳米粒子的荧光特性（尤其是荧光上转换特性）；优化反应条件，合成多种ZnO（TiO2）有序纳米结构材料；通过碳纳米结构表面的羧基、羟基等基团与表面活化的ZnO（TiO2）纳米结构相互作用，实现C/ZnO（TiO2）的相互复合，利用碳纳米结构的上转换荧光特性，将能量传递给ZnO、TiO2，考察碳纳米粒子与ZnO（TiO2）之间的能量传递，制备C/ ZnO（TiO2）复合结构催化剂，实现对太阳光的全光谱利用；同时结合碳纳米结构特有的稳定性、高比表面积及快速电子导出特性，构筑高效的C/ ZnO（TiO2）催化体系，考察其光催化行为。进一步探索基于碳与半导体氧化物纳米结构的多组分、多功能的、高效复合催化剂（体系）的设计及其光催化性能。

本项目利用ZnO（TiO2）的光催化特性，结合碳纳米结构的稳定性、高比表面积及快速电子导出特性，设计高效的C/ZnO（TiO2）复合光催化体系。此项目对于开发绿色能源与解决环境污染等问题具有重要意义。. 三年来，主要完成了以下几方面内容：.1. 利用一步超声合成法、电化学合成法、水热合成法，大量可控合成了碳荧光纳米粒子（包括晶态和非晶态）。.2. 优化反应的pH 值，反应物浓度，反应温度，反应时间等主要实验参数，实现对碳点合成方法的进一步优化，并实现对碳纳米粒子的尺寸、表面组成、缺陷及荧光性质的调控，找到了碳点的最佳合成条件。.3. 利用电化学刻蚀技术、水热合成技术，可控合成ZnO纳米棒、纳米片、纳米粒子，TiO2 纳米棒、纳米管、纳米环/管、多孔TiO2 等多种纳米结构。考察了对ZnO、 TiO2纳米结构最终的尺寸、形貌、表面组成等有重要影响的实验因素，找到了控制其表面或缺陷的有效实验方案。.4. 实现了碳点与ZnO、 TiO2 纳米结构的复合。考察了复合体系光催化的光谱响应，碳点与ZnO、TiO2 之间的能量传递，电子－空穴对的氧化还原活性，以及复合体系的光催化量子效率。.5. 在模拟自然的光电系统中，发现碳点可以被用作染料-半导体纳米复合物中的电子、能量转移的通道，可以提高体系的能量转换效率。.6. 考察了C/ZnO（TiO2）复合催化体系的光催化特性。对相应的催化反应进行细致的表征，包括对其表观动力学的研究等，推测出了C/ZnO（TiO2）复合催化体系的催化机制（包括染料降解、光解水）。.7. 进一步拓宽催化体系的研究范围，设计了一系列基于碳与半导体纳米结构的多组分、多功能的、高效复合催化体系（C/Ag3PO4, C/Ag/Ag3PO4, C/Cu2O, C/SiO2, C/CdSe, C/Fe2O3等），并探讨了它们的催化特性。. 此外，我们还探索了以下几方面的研究内容：.1. 碳点本身在近红外光下的选择性氧化催化特性。.2. 碳纳米粒子-离子液体复合物（CNPIL）及其荧光性质；.3. 碳纳米粒子用于高灵敏电化学检测蛋白质-DNA相互作用；.研究计划执行情况良好，未出现调整和变动的情况。依托本项目，共发表SCI学术论文72篇，会议论文5篇，获授权专利1项。研究成果完全达到预期目标。