芦苇基光催化材料的制备及其性能研究

水热碳化碳(HTCC)作为一种经济环保的材料,在吸附和催化领域得到了广泛的应用。以往的研究主要以葡萄糖(glu)为原料制备HTCC,然而,从生物质中直接制备HTCC的报道很少,其合成机理也不清楚。芦苇含有大量的纤维素,若采用适当的方法将芦苇秸秆转化为半导体材料,并将其应用于环境污染物降解领域,将对缓解废芦苇污染环境问题,响应国家高价值农业废弃物战略发挥重要作用。基于生物质中的纤维素可以进一步水解成碳水化合物,本研究首次以芦苇秸秆为原料,在水热条件下采用稀酸蚀刻法制备了具有高效光催化性能的酸改性芦苇水热炭(acid/HTCC-reed)。制备的acid/HTCC-reed比以往报道的葡萄糖制备的HTCC表现出更负的传导带边,从而具有更强的还原能力。DFT理论计算表明,acid/HTCC-reed中含氧官能团数量增加,聚呋喃由线性结构变为链式结构,与芦苇水热炭(HTCC-reed)和HTCC-glu相比,acid/HTCC-reed的带隙态间隙更小,更容易从价带激发电子到导带。以四环素(TC)为例,HTCC-glu对TC几乎没有降解作用,HTCC-reed对TC的降解率仅为45%,相反1M acid/HTCC-reed、2M acid/HTCC-reed、3M acid/HTCC-reed和 4M acid/HTCC-reed对TC的降解效果分别达到 66%、95%、86%和 80%左右。光电化学表征得到了 acid/HTCC-reed具有更快的电荷分离和转移,猝灭实验和ESR 自旋捕获表明在降解过程中·O2-起主导作用acid/HTCC-reed成功地将 TC降解为一系列小分子和无机物。本研究为绿色光催化剂的制备提供了新的视角,并展示了其在环境修复中的应用前景。