[发明专利]一种碳量子点/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳量子点/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法和应用。所述碳量子点/二氧化钛复合光催化材料包括二氧化钛、以及原位生长于所述二氧化钛表面的碳量子点，所述碳量子点和二氧化钛的质量比为（0.005～0.5）：1，优选为（0.005～0.2）：1。与现有碳量子点/二氧化钛复合光催化材料相比，本发明中原位生长碳量子点的碳量子点/二氧化钛复合光催化材料中碳量子点与二氧化钛以Ti‑O‑C键结合，碳量子点不易从二氧化钛表面脱落，形成结构及化学性质更加稳定的碳量子点/二氧化钛两相异质结构。

技术领域

本发明涉及一种碳量子点/二氧化钛复合光催化材料及其制备方法和在降解室内气相 污染物中的应用，属于环境光催化技术领域。

背景技术

据调查研究，现代社会大多数人一天之中80％以上的时间都是呆在室内环境，包括 工厂、办公室、居室等地方，因此室内环境的空气质量与人体健康息息相关。然而大量美化、装饰材料，以及电气设备在室内的使用，导致室内产生了大量的化学物质(主要为甲醛、苯系物等挥发性有机化合物)，一些有毒有害的化学物质对人体有直接或潜在的危害。受室内空气污染影响，一些呼吸道疾病、过敏性疾病、皮肤病、癌症的发病率上升，因此室内空气净化技术的研究和高性能材料开发具有重要研究价值(参照文献1)。

在室内空气净化技术中，光催化技术是一种利用催化剂在光照条件下对污染气体进 行氧化降解的技术。其中二氧化钛材料因为具有来源广、廉价无毒、生物相容性好、催化活 性高等优点而广泛应用于室内空气净化领域(参照文献2)。但在实际使用中，因禁带带隙 宽(3.0～3.2ev)，二氧化钛只能在紫外光照下具有催化活性；光生电子和空穴的复合几率 高，光催化活性有待进一步提高，因此在实际应用中仍受限应用条件。针对这个问题，前期 研究工作主要集中在二氧化钛改性，例如，通过与金属氧化物复合形成异质结构来提高材料 可见光活性(参照专利CN1261204C)，通过在二氧化钛表面负载贵金属等来提高催化活性 (参照文献3)。但高昂的设备、复杂的工艺、超高成本限制了该复合材料的实际应用；此 外，由于因必须长期暴露在空气中，光催化剂的化学稳定性也有待提高。

碳量子点是一种粒径在10nm以下的碳材料，并且在光照条件下可以发出明亮的光，加入表面钝化剂后可以改善碳量子点的量子产率(参见文献4)。碳量子点相对金属量子点而言，绿色无毒，生物相容性好，制备成本低、易制得，因此多被应用于生物检测或医学药物释放载体中。此外，碳量子点比表面积大，由于其特殊的电子结构，对电子具有很好的捕获能力，一些碳量子点被报道具有上转换发光特性，并且碳量子点具有非常优异的化学 稳定性和分散性(参照文献5)，因此，将碳量子点材料应用于催化领域具有广阔的应用前 景。目前已有文献报道将碳量子点与二氧化钛结合来提高光催化剂的催化活性以及对可见光 的响应，并研究了复合材料的光催化产氢性能或降解液相污染物的性能(参见文献6和 7)。在液相光催化降解污染物体系中，受水介质的作用，催化剂与目标反应物接触更加充 分，并且产生以羟基自由基为主的中间活性物质(H₂O+h⁺→·OH)来氧化降解目标反应物。但是目前将碳量子点与二氧化钛复合的材料应用于室内气相污染物降解的文献鲜有报导。此外，文献中报导的制备碳量子点/二氧化钛复合光催化材料的方式大多基于将碳量子点与二氧化钛分别制备、再通过物理或化学手段复合的方法，制备工艺有待进一步简化；并且，在碳量子点与二氧化钛物理混合的过程较难控制使碳量子点均匀负载在二氧化钛表面。 因此，制备碳量子点均匀负载的碳量子点/二氧化钛复合光催化材料，提高复合材料的化学 稳定性，简化制备工艺，进一步降低生产成本，在利用光催化技术净化空气方面具有重要的 应用价值。

现有技术文献：

文献1：孙丽，王维宽，胡赟。室内空气净化关键技术研究[J].环境保护与循环经济， 2012(11):44-47.；