王桂燕 夏笠 迂君

(1沈陽藥科大學(xué)制藥工程學(xué)院，沈陽110016)(2沈陽市疾病預(yù)防控制中心，沈陽110031)

有機(jī)硅功能化碳納米球：合成及可見光催化活性

王桂燕＊,1夏笠1迂君2

(1沈陽藥科大學(xué)制藥工程學(xué)院，沈陽110016)
(2沈陽市疾病預(yù)防控制中心，沈陽110031)

以檸檬酸為碳源，3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)為功能化試劑，乙二醇為溶劑，溶劑熱法制備了具有上下轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的有機(jī)硅功能化的碳納米球(SiCNs)。利用X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)和光致發(fā)光光譜(PL)等對合成的SiCNs進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在APTES與檸檬酸質(zhì)量比為2.0時(shí)，180℃反應(yīng)5 h可以制備出尺寸分布在30～50 nm之間均一球形的SiCNs?？梢姽廨椛湎拢詠喖谆{(lán)(MB)為目標(biāo)降解物研究了SiCNs樣品的光催化降解活性，通過活性物種的分析對催化降解體系的光催化機(jī)理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，可見光照射120 min，SiCNs樣品對MB溶液的降解率可以達(dá)到99%，經(jīng)過5次循環(huán)使用降解率仍保持在96%以上。SiCNs樣品展現(xiàn)了優(yōu)異的可見光催化活性及良好的穩(wěn)定性。

碳納米球；發(fā)光；光催化劑；光降解

0 引言

光催化氧化技術(shù)，作為一種綠色、高效的高級氧化技術(shù),既可以催化降解各類污染物，又可以催化分解水生成氫氣和氧氣，是解決能源和環(huán)境污染問題的有效途徑。構(gòu)建高效的光催化反應(yīng)體系的核心問題是開發(fā)高效的光催化劑材料。在各種光催化劑材料中，TiO2以廉價(jià)、無毒、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，成為目前研究最多和應(yīng)用最廣的光催化劑之一[1-2]。但是，因TiO2具有較大的禁帶寬度，只能在紫外光驅(qū)動下發(fā)生有效的光催化反應(yīng)，使其在實(shí)際應(yīng)用中對太陽光的利用受到限制[3-4]。

近年來，碳納米材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用引起了研究者的極大關(guān)注[5-7]。其中，熒光碳點(diǎn)是一種新型的小尺寸碳納米材料，熒光強(qiáng)而穩(wěn)定、具有優(yōu)良的可見光區(qū)熒光發(fā)射[8-9]。光照下碳點(diǎn)是杰出的電子受體和電子供體，使碳點(diǎn)在光電轉(zhuǎn)換和光催化劑材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[10-11]。除了優(yōu)異的下轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)外，碳點(diǎn)還顯示出優(yōu)異的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)，蘇州大學(xué)Kang課題組基于熒光碳點(diǎn)的這個性質(zhì)設(shè)計(jì)出了一系列高活性的復(fù)合催化劑，不僅增強(qiáng)了復(fù)合材料對光的吸收，而且有效地提高了有機(jī)反應(yīng)的催化效率[12-13]。以抗壞血酸、葡萄糖、檸檬酸、氨基酸等物質(zhì)為碳源,采用水熱法、溶劑熱法、超聲法和高溫?zé)峤夥ǖ葋碇苽湫阅軆?yōu)異的熒光碳點(diǎn)的新方法層出不窮[14]。最近，有機(jī)硅能化的碳點(diǎn)，因光化學(xué)穩(wěn)定性高、水溶性好、熒光量子效率高等特性而備受關(guān)注[15-17]。Wang等[18]首次熱解有機(jī)硅烷和檸檬酸的混合物，一步獲得了硅烷功能化的無定形碳點(diǎn)，其粒徑約為0.9 nm，熒光量子效率可達(dá)47%。

本文以檸檬酸為碳源，3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)為功能化試劑，乙二醇為溶劑，溶劑熱法制備了有機(jī)硅功能化的碳納米球(SiCNs)。該SiCNs不但具有優(yōu)異的下轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，而且還展現(xiàn)了優(yōu)異的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。以亞甲基藍(lán)(MB)為目標(biāo)降解物，考察了SiCNs的可見光催化活性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

檸檬酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、乙二醇、亞甲基藍(lán)、異丙醇、乙二胺四乙酸二鈉、對苯醌、香豆素均為分析純試劑，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

X′Pert Pro多晶粉末X射線衍射儀(PANalytical公司)，Cu Kα，λ=0.154 060 nm，管電壓40 kV，管電流40 mA，2θ=10°～60°，掃描速度6°·min-1；JEM-2100透射電子顯微鏡(JEOL，200 kV)；Spectrum One FTIR紅外光譜儀(Perkin Elmer公司)；ESCALAB250型X射線光電子能譜(XPS)儀(Thermo公司)，利用C1s進(jìn)行結(jié)合能峰位校準(zhǔn)，結(jié)合能為285 eV；UV-2700紫外可見漫反射光譜儀(Shimadzu公司)，以BaSO4作參照；UV-2100紫外分光光度計(jì)(北京瑞利公司)；FL-4600熒光光譜儀(Hitachi公司)；CHI660E電化學(xué)工作站(上海辰華)；HN101-0A數(shù)顯電熱恒溫干燥箱(南通滬南科學(xué)儀器有限公司)；100 mL水熱反應(yīng)釜(鞏義市予華儀器有限公司)；300 W鹵鎢燈。

1.2 SiCNs樣品的制備

SiCNs溶劑熱的合成通過一個改進(jìn)的文獻(xiàn)的方法[15]，具體過程如下：稱取一定量的APTES和1.0 g檸檬酸加入到50 mL乙二醇中，超聲溶解后轉(zhuǎn)移至100 mL水熱反應(yīng)釜中，于180℃烘箱中反應(yīng)5 h。取出反應(yīng)釜，自然冷卻至室溫后，經(jīng)離心、洗滌、80℃干燥后得到棕黃色SiCNs粉末。按照APTES與檸檬酸的質(zhì)量比分別為1.5、2.0、3.0和5.0的比例，合成不同質(zhì)量比的SiCNs樣品。樣品命名為SiCNs-x，x表示合成過程中APTES與檸檬酸的質(zhì)量比。

1.3 光催化降解MB

以MB為目標(biāo)降解物，考察了合成的SiCNs樣品可見光催化活性。室溫下，50 mg SiCNs粉末加入到100 mL 15 mg·L-1的MB溶液中。攪拌30 min使SiCNs均勻分散在MB溶液中，并使其達(dá)到吸附-脫附平衡。打開光源開始光照，定時(shí)取樣通過紫外-可見分光光度計(jì)測量MB溶液的吸光度值變化。

式中：C0為MB溶液起始濃度，Ct為t時(shí)刻MB溶液的濃度。

1.4 電化學(xué)測試

玻碳電極的制備方法如下：

用微量注射器將50 μL SiCNs溶液滴涂于處理好的玻碳電極表面，在紅外燈下干燥，再用微量注射器將20 μL(1.0%)的殼聚糖溶液滴涂于已干的SiCNs表面，讓樣品固定在電極表面，干燥之后進(jìn)行測試。

電化學(xué)阻抗譜(EIS)測試采用三電極體系，工作電極為負(fù)載了SiCNs的玻碳電極，參比電極為Ag/AgCl(飽和KCl溶液)電極，鉑絲電極為對電極，電解液為0.1 mol·L-1Na2SO4和5 mmol·L-1[Fe(CN)6]3-/[Fe (CN)6]4-混合溶液。測試時(shí)是開路電壓，交流電壓振幅為5 mV，頻率范圍為0.01 Hz～100 kHz。

1.5 香豆素光致發(fā)光探針法檢測·OH

參照文獻(xiàn)[5]，取0.8 mmol·L-1香豆素溶液100 mL，加入50 mg SiCNS粉末，攪拌下用可見光照射，熒光光譜法測試產(chǎn)物7-羥基香豆素的熒光。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品表征

圖1為180℃反應(yīng)5 h制備的SiCNs的XRD圖，在2θ=21.5°附近有寬而強(qiáng)的衍射峰出現(xiàn)，對應(yīng)于無定型碳的特征峰[19]。

圖1SiCNs-2.0的XRD圖Fig.1XRD pattern of SiCNs-2.0 sample

圖2 為180℃反應(yīng)5 h制備的SiCNs-2.0樣品的TEM照片。由圖可見，SiCNs-2.0樣品的粒徑約為30～50 nm，其形貌規(guī)整，單分散程度高。

圖3為SiCNs-2.0樣品的紅外光譜圖，其中，3 430 cm-1的峰為O-H和N-H的伸縮振動特征峰；2 940 cm-1附近峰為-CH2-伸縮振動特征峰；1 700 cm-1附近峰為-C=O伸縮振動特征峰；1 640 cm-1為C=ONR特征吸收峰；1 410 cm-1附近是C-N伸縮振動峰；1 140 cm-1附近是Si-O伸縮振動峰；1 080 cm-1處的吸收峰為C-O-C的對稱伸縮振動吸收。紅外光譜表明，APTES與檸檬酸成功鍵合在一起，形成了SiCNs。另外，含氧基團(tuán)-OH、-C=O及C-O-C的存在，說明在SiCNs表面有大量的親水基團(tuán)，該SiCNs樣品具有良好的水溶性。

圖2 SiCNs-2.0的TEM圖Fig.2TEM image of SiCNs-2.0 sample

圖3SiCNs-2.0的紅外光譜圖Fig.3FTIR spectrum of as-prepared SiCNs-2.0

圖4 (A)是制備的SiCNs的XPS全譜圖，從圖中可知樣品中含有Si、C、N和O元素。圖4(B)為C1s XPS譜圖，可以看出結(jié)合能位置在284.5、285.5、286.5和288.3 eV分別歸屬為C-C/C=C、C-N、COH/C-O-C和C=O/O-C=O。圖4(C)為N1s XPS譜圖，399.1和400.1 eV分別歸屬為O=C-NH和NC3[15,20-22]。圖4(D)為O1s XPS譜圖，532、533和534 eV分別歸屬為C=O、C-OH/C-O-C和Si-O[15,20]。-C= O、C-N以及O=C-NH結(jié)果與紅外光譜表征結(jié)果相吻合。XPS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)過程中檸檬酸和APTES產(chǎn)生了鍵接結(jié)構(gòu)，形成了化學(xué)鍵，進(jìn)一步證明合成的樣品為有機(jī)硅功能化的碳材料。

光吸收性能是影響光催化劑催化活性的重要因素，為了考察不同SiCNs樣品的光學(xué)吸收性能，對其進(jìn)行了紫外-可見漫反射吸收光譜測試。由圖5可見，不同SiCNs樣品在200～700 nm范圍內(nèi)都有顯著的光吸收，且吸收值一直延續(xù)到700 nm左右。上述結(jié)果表明，這些樣品具有寬的光譜響應(yīng)范圍，這將極大程度的增強(qiáng)可見光的利用率，同時(shí)意味著這些樣品將有良好的可見光催化活性。當(dāng)APTES與檸檬酸質(zhì)量比由1.5增加到2.0時(shí)，SiCNs-2.0樣品在紫外可見光區(qū)的光吸收強(qiáng)度得到增強(qiáng)，對光的吸收也有一定的“紅移”現(xiàn)象。樣品可見光區(qū)吸收強(qiáng)度的增強(qiáng)和紅移有利于可見光催化活性的提高。但當(dāng)APTES與檸檬酸質(zhì)量比由2.0增加到3.0、5.0時(shí)，SiCNs樣品的光吸收邊界出現(xiàn)藍(lán)移，同時(shí)光吸收強(qiáng)度減弱。這說明，控制APTES與檸檬酸質(zhì)量比是獲得理想可見光吸收SiCNs樣品的關(guān)鍵因素。

圖4 (A)SiCNs-2.0的XPS全譜圖;(B,C,D)高分辨C1s,N1s和O1s的XPS譜圖Fig.4(A)XPS spectrum of the SiCNs-2.0;(B,C,D)the corresponding expansion of the C1s,N1s,and O1s peaks,respectively

圖5 不同SiCNs樣品的紫外可見漫反射吸收光譜圖Fig.5UV-Vis DRS spectra of different SiCNs samples

和溶液相熒光碳點(diǎn)一致，SiCNs粉末樣品顯示了一元激發(fā)多元發(fā)射的熒光特性，圖6(A)是SiCNs-2.0粉末樣品的熒光發(fā)射光譜圖。由圖可見，樣品的激發(fā)波長范圍在350～470 nm之間變化時(shí)，對應(yīng)的熒光發(fā)射強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，發(fā)射峰位出現(xiàn)紅移的現(xiàn)象。SiCNs粉末樣品的熒光性能對激發(fā)波長顯示了與溶液相熒光碳點(diǎn)相似的依賴關(guān)系，也就是說，SiCNs粉末樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度和發(fā)光峰位置與激發(fā)光的強(qiáng)度和波長密切相關(guān)。內(nèi)插圖為SiCNs-2.0樣品在365 nm紫外燈照射下的光學(xué)照片，可以看到該樣品呈現(xiàn)明亮的發(fā)光。Mohapatra等[23]提出碳點(diǎn)的熒光依賴性質(zhì)是由碳點(diǎn)尺寸和表面缺陷共同決定。目前大多數(shù)研究者認(rèn)同Mohapatra的這一觀點(diǎn)，即認(rèn)為碳點(diǎn)依賴于激發(fā)波長的熒光性質(zhì)是一種多光子的熒光發(fā)射行為，不僅與碳點(diǎn)的表面發(fā)射位點(diǎn)有關(guān)，而且與碳點(diǎn)的尺寸有關(guān)。SiCNs粉末樣品呈現(xiàn)出的這些熒光現(xiàn)象的機(jī)理還需要做進(jìn)一步的探索和研究。值得注意的是，SiCNs樣品還表現(xiàn)出了上轉(zhuǎn)換的發(fā)光性質(zhì)，如圖6(B)所示，在長波長的光(750～880 nm)激發(fā)下，峰值在520 nm附近發(fā)射出了短波長的光。SiCNs樣品這種上轉(zhuǎn)換的發(fā)光性質(zhì)可以歸因于多光子激發(fā)過程[8]。SiCNs樣品具有的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)使其在光催化和能源領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。以上結(jié)果表明，該SiCNs樣品可以用作光催化劑中的有效能量轉(zhuǎn)換物質(zhì)，用以解決環(huán)境和能源問題。

圖6 SiCNs-2.0樣品在不同激發(fā)波長下的發(fā)光光譜(A)和上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜(B)Fig.6PL spectra with excitation of different wavelength(A)and upconverted PL spectra(B)of the SiCNs-2.0

2.2 光催化活性

亞甲基藍(lán)(Methylene blue，MB)是印染廢水中典型的有機(jī)污染物之一，常被用作光催化劑催化活性研究的目標(biāo)降解物。以MB作為目標(biāo)分子，考察了SiCNs樣品可見光輻射下的催化活性。圖7所示是SiCNs-2.0為催化劑，可見光作用下MB溶液吸光度隨時(shí)間變化的曲線?？梢钥闯觯S著光照時(shí)間的延長，MB的吸收峰值呈逐漸降低的趨勢。在光照120 min后，吸收峰幾乎消失，吸收曲線近似水平，表明溶液中MB分子幾乎被全部降解(降解效率大于99%)，降解過程很充分。由此說明，實(shí)驗(yàn)制得的SiCNs-2.0樣品具有優(yōu)異的可見光催化活性。

圖7 可見光照射下SiCNs-2.0樣品在不同時(shí)間下降解MB的紫外-可見吸收光譜圖Fig.7UV-visible spectra of MB at different visible irradiation times in the presence of SiCNs-2.0

為探究合成過程中APTES和檸檬酸不同質(zhì)量比對SiCNs樣品光催化活性的影響，實(shí)驗(yàn)中選擇APTES和檸檬酸質(zhì)量比分別為1.5，2.0，3.0和5.0。圖8顯示了不同APTES和檸檬酸質(zhì)量比獲得的SiCNs樣品光催化劑對MB的降解過程。由圖可見，不同APTES和檸檬酸質(zhì)量比獲得的SiCNs樣品對MB的降解效果有很大的差異。在不加光催化劑的對照實(shí)驗(yàn)中，MB幾乎沒有降解，這表明MB相當(dāng)穩(wěn)定，排除了MB自降解過程發(fā)生的可能。可見光照射120 min，SiCNs-1.5、SiCNs-2.0、SiCNs-3.0和SiCNs-5.0樣品對MB的降解率分別為80%、99%、74%和54%。其中以SiCNs-2.0樣品光催化活性最佳。由圖5可知，制備的SiCNs樣品在整個可見光區(qū)都有顯著的吸收，說明這些樣品都是可見光響應(yīng)的，與光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。其中，SiCNs-2.0吸光強(qiáng)度最大，吸光范圍最寬，說明其可以最大程度的利用可見光。隨著硅烷用量提高，催化活性先增強(qiáng)后減弱，其原因可能是硅烷基團(tuán)功能化無定型碳，二者復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，降低了光生電子-空穴對的復(fù)合率，從而增強(qiáng)了光催化劑的催化活性。但是，當(dāng)加入過多的硅烷時(shí)，硅烷之間的縮合增多，由于縮合產(chǎn)生的二氧化硅成份是半導(dǎo)體，限制了光生電子-空穴的擴(kuò)散，反而不利于電子-空穴對的分離，導(dǎo)致光催化活性降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，SiCNs-2.0樣品可以被用作有效的可見光催化劑。

圖8 不同SiCNs樣品對MB的降解效果曲線Fig.8Effect of different SiCNs samples on MB degradation

除了光催化活性外，光催化劑的穩(wěn)定性和重復(fù)性在實(shí)際應(yīng)用中也具有十分重要的意義。我們將光催化效果最好的SiCNs-2.0樣品進(jìn)行了光催化循環(huán)穩(wěn)定性能實(shí)驗(yàn)。圖9為可見光下降解MB溶液的穩(wěn)定性測試結(jié)果，經(jīng)過5次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，SiCNs-2.0樣品的光催化性能沒有出現(xiàn)明顯的下降，MB的降解率仍然可以達(dá)到96%。這一結(jié)果表明，該樣品具有良好的循環(huán)使用性能，有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。綜上分析，SiCNs樣品作為光催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性及穩(wěn)定性。

圖10為制備的SiCNs樣品的電化學(xué)阻抗譜圖。在Nyquist曲線中，阻抗曲線的半徑越小，電極的電荷傳質(zhì)阻力越小，電荷和空穴的分離效率越高，因此光催化活性也越高[24]。從圖中可知，SiCNs-5.0樣品圓弧半徑最大，表明其電荷轉(zhuǎn)移電阻大，不利于電荷傳輸。隨著APTES與檸檬酸質(zhì)量比的減小，相應(yīng)的SiCNs樣品阻抗弧半徑減小，這有利于光生載流子的分離。其中SiCNs-2.0樣品阻抗弧半徑最小，表明該樣品具有最高效的界面電荷遷移速率，能最有效的分離光生電子-空穴對。EIS分析結(jié)果與前面的光催化活性測試結(jié)果相一致。

2.3 機(jī)理討論

如圖11所示，將SiCNs-2.0樣品與MB溶液混合后，在410 nm光激發(fā)下SiCNs-2.0樣品的熒光強(qiáng)度急劇下降，該現(xiàn)象說明MB分子可能與SiCNs-2.0樣品的碳域發(fā)生π-π共軛作用，導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移，彼此的電子密度降低，從而導(dǎo)致SiCNs-2.0樣品的熒光減弱甚至淬滅[25]。

圖11 SiCNs-2.0(A)和SiCNs-2.0+MB(B)水溶液的發(fā)光光譜Fig.11PL spectra of(A)SiCNs-2.0 and(B)SiCNs-2.0+ MB in aqueous solutions

MB在SiCNs-2.0樣品修飾電極的循環(huán)伏安曲線如圖12所示，測試在0.1 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液(pH=7.4)中進(jìn)行，MB溶液濃度為15 mg·L-1。在SiCNs-2.0樣品修飾電極上有一對MB分子的準(zhǔn)可逆CV曲線圖，這表明MB分子能夠強(qiáng)烈地吸附到SiCNs-2.0電極表面[26]。MB電極反應(yīng)過程包括2個連續(xù)的單電子電荷轉(zhuǎn)移，伴隨著快速可逆的質(zhì)子化過程，在MB+和無色MB之間變化[27-28]。這也說明上述MB分子可能與SiCNs-2.0樣品的碳域發(fā)生了π-π共軛作用的推測是合理的。SiCNs-2.0對MB分子的吸附作用，對促進(jìn)光催化反應(yīng)的進(jìn)行是非常有利的。

圖12 MB/殼聚糖/SiCNs-2.0電極的循環(huán)伏安曲線Fig.12Cyclic voltammograms of the MB/chitosan/ SiCNs-2.0 electrode

為了考察SiCNs樣品催化降解MB過程中不同活性物種在反應(yīng)中所起的作用，在反應(yīng)體系中加入6 mmol·L-1異丙醇(IPA)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)和0.5 mmol·L-1對苯醌(BQ)于MB溶液中，分別作為羥基自由基(·OH)、空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)的清除劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13(A)所示。與未加清除劑降解MB實(shí)驗(yàn)的降解率相比，加入IPA和EDTA后，都能夠顯著降低SiCNs-2.0樣品對MB的降解率；而加入BQ后，其降解率只發(fā)生輕微的降低。其中，加入IPA后，光催化反應(yīng)的降解率降低幅度最大。這說明，在此光催化反應(yīng)中，存在的活性物種有·OH、h+和·O2-，其中·OH起到最主要作用。

應(yīng)用本身無熒光的香豆素來捕獲光催化過程中產(chǎn)生的·OH，生成強(qiáng)熒光的7-羥基香豆素。如圖13 (B)所示，在SiCNs-2.0體系被可見光照射后，7-羥基香豆素的特征熒光峰逐漸出現(xiàn)，且熒光峰強(qiáng)度隨光照時(shí)間的延長而增強(qiáng)，說明光催化降解過程中確有·OH的生成。在降解MB過程中，由于·OH壽命很短，以致無法遠(yuǎn)離SiCNs表面。所以，可以認(rèn)為MB分子的降解反應(yīng)發(fā)生在SiCNs表面或者SiCNs表面單分子層距離之內(nèi)。SiCNs表面的碳域通過π-π共軛作用對MB分子有強(qiáng)烈的吸附作用，SiCNs表面生成的·OH可以直接進(jìn)攻吸附在表面的MB分子從而導(dǎo)致MB降解反應(yīng)的發(fā)生。

圖13 (A)SiCNs-2.0光催化劑的捕獲實(shí)驗(yàn)；(B)可見光照射下,SiCNs-2.0分散于香豆素溶液中的熒光光譜與光照時(shí)間關(guān)系圖Fig.13(A)Trapping experiments of SiCNs-2.0 photocatalyst;(B)Fluorescence spectral changes under visible light irradiation with increasing time for the SiCNs-2.0 in coumarin aqueous solution

3 結(jié)論

以檸檬酸為碳源，APTES為功能化試劑，乙二醇為溶劑一步溶劑熱法制備了具有上下轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的SiCNs樣品，該樣品展現(xiàn)出對MB溶液良好的可見光催化降解效果。其中，SiCNs-2.0樣品具有最佳的光催化活性，在可見光照射下，120 min后MB溶液的降解率達(dá)到99%，經(jīng)5次循環(huán)使用后，降解率沒有明顯的降低。制備的SiCNs樣品具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。光催化降解過程中起最主要作用的活性物種為·OH。本工作可為制備高效的可見光催化劑提供幫助。

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Organosilane-Functionalized Carbon Nanospheres:Synthesis and Visible Light Photocatalytic Activity

WANG Gui-Yan＊,1XIA Li1YU Jun2
(1School of Pharmaceutical Engineering,ShenYang Pharmaceutical University,Shenyang 110016,China)
(2Shenyang Center for Disease Control and Prevention,Shenyang 110031,China)

Organosilane-functionalized carbon nanospheres(SiCNs)with excellent up-and down-converted photoluminescence properties were prepared by the one-pot solvothermal method in ethylene glycol from citric acid and(3-aminopropyl)triethoxysilane(APTES).The as-prepared SiCNs were characterized by X-ray powder diffraction(XRD),transmission electron microscopy(TEM),Fourier-transform infrared spectroscopy(FTIR),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),UV-Vis diffuse reflection spectroscopy(DRS)and photoluminescence spectra (PL).The results indicate that uniform spherical SiCNs with diameter of about 30～50 nm were synthesized at 180℃for 5 h when the mass proportion of APTES and citric acid is 2.0.The visible-driven photocatalytic activity of SiCNs toward the degradation of methylene blue(MB)was investigated.The photocatalytic mechanism was discussed based on the active species during photocatlytic process.The results show that after 120 min visible light irradiation,the degradation rate of MB reached 99%by using SiCNs.The decomposition rate of MB was still above 96%even after 5 recycling uses,thus SiCNs show high visible light photocatalytic activity and excellent stability.

carbon nanospheres;luminescence;photocatalyst;photodegradation

O613.7

A

1001-4861(2017)02-0299-08

10.11862/CJIC.2017.022

2016-07-07。收修改稿日期：2016-11-14。

遼寧省自然科學(xué)基金(No.201602708)資助項(xiàng)目。

＊通信聯(lián)系人。E-mail：wangguiyan2004@126.com,Tel:13478351803