1. 研究目的与意义（文献综述）

随着工业社会的不断发展，环境的逐步恶化及能源的日益短缺逐渐成为人类面临的最主要的两大生存问题。人类最紧迫的两大任务是开发无二次污染的环境治理技术和寻找清洁能源的利用^[1]。其中光催化作为最有前景的环境治理技术之一，不仅可利用自然界的太阳光，还可利用室内的照明光作为其能源驱动^[2]。而光催化剂目前主要应用在处理环境污染方面^[3-5]，对其要求主要有两点：一是成本低廉、可以大规模生产，二是不会对环境造成二次污染。人们对金属氧化物等传统半导体材料应用在光催化领域做了大量研究，同时也逐渐暴露出一些问题，由于传统半导体材料含有重金属元素^[6]，易产生毒性，使其大规模的应用受到了限制。另外，目前的商业催化剂p25（tio₂）存在着成本偏高、光降解效率低等问题。因此，降低光催化剂成本和提高光催化降解效率是光催化领域的一个发展趋势。近年来，碳基点材料逐渐应用到了光催化领域，碳基点材料具体可分为三类：石墨烯量子点（graphene quantum dot）、纳米金刚石（nanodiamond）和荧光碳量子点（carbon quantum dots）^[7]。

碳量子点（cqds）是一种新兴的碳纳米材料，与传统的半导体量子点和有机染料相比，碳量子点表现出更高的水溶性、更好的化学惰性、低光刻蚀性和易改性等特点，因此受到人们的广泛关注。同时碳量子点以其优异的生物特性，如低毒性和良好的生物相容性，使它们在生物成像、生物检测及药物释放等领域具有潜在的应用价值。碳量子点因其独特的电学性质，即可作为电子供体，又可作为电子受体，使它们在催化、检测方面具有广泛的应用前景^[8-15]。

最近研究表明，单一的碳量子点作为光催化材料存在在可见光区域吸收较弱，对光的利用率较低等缺点，进而影响到碳量子点的光催化效率。因此，为了提高碳量子点的光催化活性，研究者通常把碳量子点与其他材料复合。改善碳量子点催化性能的手段主要包括纳米贵金属沉积和半导体材料复合。半导体材料在受光激发时会产生光生电子-空穴对，而碳量子点具有优异的电子转移性能，二者复合将会促进载流子（电子和空穴）的迁移，延缓载流子的复合，从而提高光催化的氧化还原速率，增强光催化活性^[16]。tian^[17]等人用碱辅助超声法制备出5 nm左右的碳量子点，并设计获得一种碳量子点与 tio₂的杂化纳米带结构，对比单独用 h-tio₂作催化剂时，cqds/h-tio₂复合催化剂在可见光照射下的降解效率可从45%提高到50%。fang^[18]等人以炭灰为原料利用水热法合成10-20nm 的碳量子点，随后又制备出cqds/g-c₃n₄杂化结构，其降解速率比单独用g-c₃n₄作催化剂明显提高。由此可见，碳量子点与半导体材料复合可进一步提高碳量子点对可见光的利用率。其中，碳量子点与tio₂、sio₂、fe₂o₃、zno、cu₂o等形成的复合光催化剂，已成功应用于有机污染物的光催化降解与可见光和近红外光的激发。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：利用stouml;ber水解法合成sio₂纳米球；利用水热法制备碳量子点（cqds），以sio₂纳米球作为碳量子点的载体，制备cqds@sio₂复合催化剂材料；

材料表征：对cqds@sio₂复合催化剂材料进行结构表征，通过xrd、tem、fesem对材料的物相和显微形貌进行表征分析，采用xps、ft-ir对元素构成进行分析；

3. 研究计划与安排

第1—3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译；整理资料，在任务书的基础上，明确研究内容，设计研究方案，确定实验技术路线，了解研究所需原料、仪器和设备，了解相关的结构和性能的测试方法，并完成开题报告；

第4—8周：按照研究方案，完成sio₂纳米球、cqds和cqds@sio₂的制备与表征；

第9—11周：优化制备工艺，确定关键工艺参数及结构参数，测试复合材料的光催化性能；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] tong h, qu y s, bi y, et al. nano-photocatalyticmaterials: possibilities and challenges[j]. advanced materials, 2012, 24(2):229-51.

[2] guo y r, chen z h, liu q, et al. research progress ofgraphitic carbon nitride in photocatalysis[j]. chemical industry andengineering progress, 2016, 35(7):2063-2070.

[3] 韩世同, 习海玲, 史瑞雪等. 半导体光催化研究进展与展望[j]. 化学物理学报, 2003, 16(5):4-14.