本發(fā)明涉及一種碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物的制備和應(yīng)用，屬于復(fù)合材料的制備及環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來，環(huán)境污染和能源衰竭已成為遏制人類發(fā)展的首要問題，而利用太陽能光催化降解有機污染物這一綠色方法引起了人們廣泛的關(guān)注；但是，由于大部分光催化劑的禁帶較寬，光催化反應(yīng)需要較高的能量激發(fā)，導(dǎo)致太陽能利用率較低，限制了其發(fā)展，因此開發(fā)具有可見光響應(yīng)的高效光催化劑具有十分重要的意義。

隨著功能材料的發(fā)展，開發(fā)具有高催化性能的多種金屬硫化物已成為材料科學(xué)研究的熱點；CdIn₂S₄是一類具有獨特光電性能和催化性能的新型半導(dǎo)體光催化材料，其禁帶寬度較窄，化學(xué)穩(wěn)定性良好，在可見光區(qū)域具有較強的吸收能力，可提高光能利用率；然而，其光催化量子效率較低，限制了它的廣泛應(yīng)用。因此開發(fā)新型具有高活性、寬光譜的新型CdIn₂S₄復(fù)合材料是提升其性能的重要內(nèi)容。

碳量子點(CQDs)由于其具有低毒性以及豐富的物理化學(xué)特性而受到廣泛關(guān)注，而且CQDs的激發(fā)波長和網(wǎng)點尺寸，使其具有良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。這些性能使其成為一種極具潛力的光催化材料；另一方面，CQDs具有捕獲和轉(zhuǎn)換電子的能力，使其能夠極大的增強催化劑的光催化活性。同時，CQDs還適用于各種有機和無機材料的改性。因此本專利提供了一種碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物的制備方法及其催化性能，旨在利用CdIn₂S₄優(yōu)良的可見光吸收性質(zhì)和優(yōu)異的催化特點，同時利用CQDs優(yōu)異的上轉(zhuǎn)換特點和優(yōu)異的電子傳輸特點，利用二者的協(xié)同效應(yīng)，從而獲得一種高性能的可見光和太陽光性能的復(fù)合催化劑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了提高光催化量子效率，本發(fā)明的目的提供一種碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物的制備方法，該方法采用回流法制備碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物催化劑，具體包括如下步驟：

(1)將碳量子點CQDs置于圓底燒瓶中，接著加去離子水，攪拌5-15min，得到CQDs分散液；其中CQDs的直徑為2～5nm；

(2)稱取CdIn₂S₄納米粒子于步驟(1)所得的CQDs分散液中，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；繼續(xù)攪拌5-30min；得CdIn₂S₄/CQDs懸浮液；隨后用油浴于70～100℃加熱回流反應(yīng)2～8h，反應(yīng)結(jié)束后離心產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，真空干燥，得到碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料。

步驟(1)中，所述碳量子點CQDs和去離子水的用量比為0.01～0.10g：150～300mL。

步驟(1)中碳量子點CQDs和步驟(2)中CdIn₂S₄的用量比為0.01～0.10g：0.48～5.91g。

步驟(2)中，所述真空干燥的溫度為50～80℃，干燥時間為6～10h。

本發(fā)明所述一種碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～5％的產(chǎn)品。

本發(fā)明一種碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料的應(yīng)用，所述復(fù)合材料用于可見光下或太陽光下催化降解羅丹明B或抗生素左氧氟沙星。

本發(fā)明制得的碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物及其在可見光下乃至太陽光下下催化降解羅丹明B和抗生素左氧氟沙星帶來的技術(shù)效果是：

(1)本發(fā)明首次制備碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物，反應(yīng)條件溫和綠色，反應(yīng)步聚少，操作簡便，制備周期短，成本低，因而有利于大規(guī)?；a(chǎn)。

(2)碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合物是一種優(yōu)異的可見光光催化劑。用碳量子點CQDs對CdIn₂S₄進行雜化，不僅可利用CdIn₂S₄可見光性能好的優(yōu)點，同時可利用碳量子點的優(yōu)異電子傳輸能力和上、下光轉(zhuǎn)換性能，因而可顯著提高復(fù)合光催化劑的可見光響應(yīng)的量子產(chǎn)率和光生電子-空穴的分離效率，從而顯著提高了催化劑的催化性能，在光催化應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的前景。

本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于：

(1)提出了一種新型的碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合光催化劑，同時提供了該新型光催化劑的制備方法。

(2)CQDs雜化CdIn₂S₄的復(fù)合物可利用了CQDs和ZnIn₂S₄各自的優(yōu)點，使得催化劑能夠捕獲更多的可見光，和實現(xiàn)較多光生載流子的傳輸和分離，從而提升光催化劑的量子效率，實現(xiàn)光催化劑降解羅丹明B和左氧氟沙星活性的大幅度提升。

附圖說明

圖1：按實例1制得的CQDs雜化CdIn₂S₄的復(fù)合物的SEM圖；

圖2：按實例4制得的CQDs雜化CdIn₂S₄的復(fù)合光催化劑的固體紫外圖。

圖3：按實例6制得的CQDs雜化CdIn₂S₄的復(fù)合物的TEM圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

在DW-03型光化學(xué)反應(yīng)儀中進行，以氙燈為模擬太陽能光源，用濾光片濾掉紫外光，評價在太陽能可見光下碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料對污染物的降解效率。具體的步驟為：將100mL一定濃度的RhB/左氧氟沙星加入到反應(yīng)器中并測定其初始值，然后加入一定量的復(fù)合光催化劑，暗反應(yīng)60min達到吸附-脫附后光照，3h后取樣，離心分離后取上清液，用紫外-可見分光光度計在污染物的最大吸收波長處測定上清液的吸光度。根據(jù)光照前后的吸光度，來計算陽離子染料溶液的脫色率η＝(C₀-C_t)/C₀×100％，式中C₀為光照剛開始時樣品的吸光度，C_t為光照3h樣品的吸光度。

實例1：

(1)稱取0.01g碳量子點CQDs于圓底燒瓶中，其中CQDs的直徑為2～5nm；接著加入150mL去離子水，攪拌5min；

(2)稱取0.99g的CdIn₂S₄納米粒子于CQDs分散液中，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；攪拌5min，得CdIn₂S₄納米粒子/CQDs懸浮液；隨后用油浴于70℃加熱回流反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后離心產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，再將其在真空條件下50℃干燥10h，制得碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的產(chǎn)品。

樣品在可見光下照射3h，對RhB的降解率達到82.1％，對左氧氟沙星的降解率達到53.6％。

附圖1為按實例1制得的SEM圖，從圖中可知CdIn₂S₄納米粒子的大小約為50-300nm,粒子間發(fā)生部分團聚，然而由于量子點太小而無法觀測到。

實例2

(1)稱取0.09g碳量子點CQDs于圓底燒瓶中，其中CQDs的直徑為2～5nm；接著加入175mL去離子水，攪拌7min；

(2)稱取5.91g CdIn₂S₄納米粒子于CQDs分散液中，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；攪拌0min，得CdIn₂S₄納米粒子/CQDs懸浮液；隨后用油浴于80℃加熱回流反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后離心產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，再將其在真空條件下50℃干燥7h，獲得碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％的產(chǎn)品。

樣品在可見光下照射3h，對左氧氟沙星的降解率達到61.4％，對RhB的降解率達到93.8％。

實例3

(1)稱取0.05g碳量子點CQDs于圓底燒瓶中，其中CQDs的直徑為2～5nm；接著加入170mL去離子水，攪拌7min；

(2)稱取1.95g的CdIn₂S₄納米粒子于CQDs分散液中，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；攪拌15min，得CdIn₂S₄納米粒子/CQDs懸浮液；隨后用油浴于80℃加熱回流反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后離心的產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，再將其在真空條件下60℃下干燥8h，獲得碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的產(chǎn)品。

樣品在可見光下照射3h，對左氧氟沙星的降解率達72.5％。

實例4

(1)稱取0.0613g碳量子點CQDs于圓底燒瓶中，其中CQDs的直徑為2～5nm；接著加入220mL去離子水，攪拌10min；

(2)稱取1.8543g CdIn₂S₄納米粒子于CQDs分散液中，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；攪拌20min，得CdIn₂S₄納米粒子/CQDs懸浮液；隨后用油浴于90℃加熱回流反應(yīng)4h，反應(yīng)結(jié)束后離心產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，再將其在真空條件下70℃下干燥7h，獲得碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.2％的產(chǎn)品。

樣品在可見光下照射3h，對RhB的降解率達到87.2％。

附圖3為按實例4制得的制得的CQDs雜化CdIn₂S₄的復(fù)合光催化劑的固體紫外圖，從圖中可知，用CQDs雜化后，樣品在550-800nm處的吸收明顯增強，說明兩者雜化后有利于提高可見光的吸收。

實例5

(1)稱取0.02g量子點CQDs于圓底燒瓶中，其中CQDs的直徑為2～5nm；接著加入260mL去離子水，攪拌12min；

(2)稱取0.48g的CdIn₂S₄納米粒子于CQDs分散液，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；攪拌25min，得CdIn₂S₄納米粒子/CQDs懸浮液；隨后用油浴于100℃加熱回流反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后離心產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，再將其在真空條件下80℃干燥6h，獲得碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％的產(chǎn)品。

樣品在可見光下照射3h，對左氧氟沙星的降解率達62.5％，對RhB的降解率達到81.6％。

實例6

(1)稱取0.1g碳量子點CQDs于圓底燒瓶中其中CQDs的直徑為2～5nm；接著加入加入300mL去離子水，攪拌15min；

(2)稱取1.9g的CdIn₂S₄納米粒子于CQDs分散液，其中CdIn₂S₄的直徑為50-300nm；攪拌30min，得CdIn₂S₄納米粒子/CQDs懸浮液；隨后用油浴于100℃加熱回流反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后離心產(chǎn)品，用二次去離子水和無水乙醇洗滌，再將其在真空條件下80℃干燥6h，獲得碳量子點CQDs雜化CdIn₂S₄復(fù)合材料，其中CQDs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的產(chǎn)品。

樣品在可見光下照射3h，對左氧氟沙星的降解率達56.8％，對RhB的降解率達到75.8％。

附圖3為按實例6制得的TEM圖，從圖中可知CdIn₂S₄納米粒子中有一些納米小粒子，納米小粒子就是碳量子點，尺寸在2-5nm。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。