光催化解聚木质素的复合光催化剂的制备和性能研究.pdf
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文
光催化解聚木质素的复合光催化剂
的制备和性能研究
摘要
木质素作为自然界中唯一可提供可再生芳香基化合物的非石化资源，拥有
着巨大的经济价值。但是其结构复杂且性质稳定，通常作为废弃物来燃烧和排
放，这样不仅污染了环境还产生大量的温室气体。光催化技术能在温和的条件
下直接利用太阳光作为激发源来选择性地破坏木质素中的连接键，是一种绿色
且可持续发展的技术，被广泛应用于降解木质素。然而，由于单一的光催化剂
存在光响应范围较窄、光生载流子复合率高等缺点，限制了其光催化活性。因
此，通过对单一光催化剂进行结构调控及复合改性有望提升其光催化性能。
本论文用碱木质素为碳源制备Mg、N掺杂的碳量子点（Mg,N-CQDs）。冷
凝回流结合惰性气体煅烧将Mg,N-CQDs分别负载到金属硫化物ZnInS（ZIS）
427
和CdZnS（ZCS）上，以此构建异质结复合光催化剂ZnInS/Mg,N-CQDs-x
x1-x427
和CdZnS/Mg,N-CQDs-x（分别记为ZIS-x和ZCS-x，其中x为Mg,N-CQDs
x1-x
的添加量）。利用420nm截止滤波片的氙灯照射，以木质素磺酸钠脱色率作为
指标，评价复合光催化剂对木质素的降解能力。并通过XRD、FT-IR、SEM、
TEM、XPS、N2的吸附-脱附等各项表征与特性测试，以此探究Mg,N掺杂及异
质结构建对光催化剂的能带位置和光生载流子迁移速率的影响，揭示光催化性
能提升的原因及相关机理，具体研究内容如下：
（1）Mg,N-CQDs是平均粒径为5.53nm的纳米球状颗粒，且分别成功负
载到ZIS和ZCS上。
（2）负载比例为0.6wt%Mg,N-CQDs的ZIS记为ZIS-6，由N2吸附-脱附
曲线可知，ZIS-6的比表面积较不煅烧的ZnInS（ZIS）和350℃煅烧的ZnInS
427427
2
（ZIS-0）分别增加10.40和24.57m/g，这使得光催化剂与木质素有更加充分的
接触。由光催化活性测试可知，ZIS-6的光催化降解率比ZIS-0高21.2%，这说
明所构建的异质结策略是有效的。在光学测试表征中，通过紫外可见漫反射分
析可知，ZIS-6带隙宽度比ZIS-0减少了0.20eV，这表明复合光催化剂具有更
好的可见光捕获性能。在光电性能测试中，由莫特-肖特基曲线分析可知，ZIS-
-I-
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文
6的导带电位比ZIS-0下降0.04eV，说明光生电子具有更强的还原能力。瞬态
光电流和交流阻抗测试也进一步证实Mg,N-CQDs与ZIS的复合促进了光生电
子/空穴的分离和载流子的转移。
（3）添加量为4.4mgMg,N-CQDs的ZCS记为ZCS-44，通过BET测试发
2/g，这说
现，ZCS-44的比表面积较ZCS-0（250℃煅烧的纯ZCS）增加10.9m
明ZCS-44拥有更多的反应活性位点。由光催化活性测试可知ZCS-44的光催化
降解率比ZCS-0高5.7%，这说明异质结策略能提高ZCS-44的光催化性能。通
过紫外可见漫反射分析可知，ZCS-44的带隙宽度比ZCS-0减少了0.21eV，这