碳量子点/MoSe2纳米复合材料的构筑及其光催化性能

Environment pollution and energy shortage have been becoming a bottleneck of sustainable development for human being. Semiconductor photocatalysis as an energy saving and environmental protection technology has attracted considerable attention in recent years due to its great potential to solve environmental and energy problems. Therefore, the exploration of efficient photocatalyst with the broad spectrum response has been an urgent issue from the viewpoint of using solar energy. Based on the existing works, the objective of the project is to explore the photocatalytic activity of carbon quantum dots/MoSe2 composite, and solve several key problems facing this technology: 1) improve the spectrum response of carbon quantum dots/MoSe2 composite; 2) suppress the charge recombination in carbon quantum dots/MoSe2 composite; 3) study the effect of crystal structure, electronic structure and electrical compatibility on the photocatalytic performance of carbon quantum dots/MoSe2 composite. The synthesis of carbon quantum dots/MoSe2 composite and photocatalytic mechanism will be explored from experiment, calculated simulation and theoretical analyses. The project is expected to greatly improve the photocatalytic semiconductor technology and promote its application in the water treatment field.

环境污染和能源短缺是全人类面临的一个难题。半导体光催化技术是一种利用太阳光进行光催化去除污染物的节能环保技术。研制高效宽谱响应的光催化剂一直是该领域研究的热点。本项目旨在现有工作基础上，针对高效宽谱响应的碳量子点/MoSe2复合光催化剂进行系统研究，解决这种技术所面临的几个关键问题：1）碳量子点/MoSe2复合物的光谱响应范围拓展；2）碳量子点/MoSe2复合物中的光生载流子复合抑制；3）碳量子点/MoSe2复合物的晶体结构、电子结构和电亲和性对光催化活性的调控规律研究。通过量子计算、实验检测及理论分析相结合，探索碳量子点/MoSe2复合物的制备工艺以及从原子尺度上揭示光催化机制，获得高效碳量子点/MoSe2复合光催化剂。预计本项目研究将极大地完善半导体光催化技术，推动其在节能环保水处理领域中的应用。

半导体光催化技术是一种新型的节能环保技术，本项目主要针对了高效宽谱响应过渡金属硫化物基复合光催化剂进行了系统研究，研究内容包括：1）MoSe2光催化剂的制备及活性的研究；2） 碳量子点/MoSe2复合光催化剂的制备及活性的研究；3）MoSe2基复合光催化剂(MoSe2/TiO2和ZnO)的制备及活性的研究；4）其它过渡金属硫化物基复合光催化剂的制备及活性的研究；5）结合量子计算、实验检测及理论分析，从原子尺度上揭示光催化机制的研究。项目研究的主要成果是系统地研究了过渡金属硫化物基复合光催化剂，以拓展光谱响应范围，抑制光生载流子复合，进而提高光催化活性为目标，获得高效宽谱响应的复合光催化剂，完善了半导体光催化剂技术。具体如下：1）采用微波法和水热法制备了MoSe2光催化剂，并对其进行碳量子点、TiO2和ZnO复合研究，解决了其光谱响应范围窄和光生载流子复合快的问题，有效地提高了在全谱照射下的光催化活性。进一步研究了制备方法、复合比例及光源波长对复合光催化剂的形貌、尺寸、晶体结构、比表面积、吸附、光吸收性能、电化学性能、荧光性能、光催化活性、光催化稳定性的影响。2）在MoSe2基复合光催化剂研究的基础上，采用微波法制备了其它过渡金属硫化物光催化剂(Ni3S2、CuS和ZnS)，并对其进行石墨烯复合，解决了光生载流子复合快的问题，有效地增强了光催化活性。3）结合量子计算、实验检测及理论分析，研究了其电子结构、能带结构和配位键情况，分析了光催化剂的晶体结构、能带结构及配位键与载流子转移性能的内在联系，归纳相关规律，阐明光催化机制。本项目的研究极大地完善半导体光催化技术，使其有望解决能源短缺和环境污染问题。