图文摘要
成果简介
近日，青岛科技大学王磊徐继香团队在ChemicalEngineeringJournal上发表了一篇“EnhancedphotocatalyticH2/H2O2productionandtetracyclinedegradationperformanceofCdSequantumdotssupportedonK,P,N-co-dopedhollowcarbonpolyhedrons”的文章。作者着眼于CdSeQDs易聚集和电子-空穴易复合问题，以K,P,N-共掺杂空心碳多面体(KPN-HCP)为修饰剂，负载CdSeQDs来提高其电荷转移和分离效率，显著提高了其H2/H2O2析出和四环素(TC)降解的光催化性能，制得一种多功能复合光催化剂。成果简介
两步煅烧单宁酸处理后的三苯基膦
ZIF-8制得制备K,P,N共掺杂的空心碳多面体(KPN-HCP)，用于改性CdSeQDs，研究了掺杂剂对CdSeQDs产H2/H2O2和TC降解性能的影响。在KCl-LiCl熔融盐中二次煅烧，保留了KPN-HCP空心多面体形貌，避免了多面体结构塌陷，提高了碳材料的石墨化程度。引入P,K+可以显著增强复合材料的光吸收并加速电子从CdSeQDs到HCP的转移。CdSe/KPN-HCP的析H2速率和TC降解的表观速率常数分别是CdSeQDs的39.9倍和7.5倍；60min内在纯水中的H2O2产率为.0μmolg-1。该工作为设计基于量子点的、具有高光催化产H2/H2O2和四环素降解活性的催化剂提供了新的见解。引言
CdSeQDs具有强光响应和负的导带电位，已用于光催化产H2或CO2还原。然而CdSeQDs具有易团聚和光生电荷快速复合问题，极大地限制了其在太阳能转换中的应用。将QDs负载到大比表面积的碳材料上是克服其团聚的有效方法。将杂原子(如N、S和P等)引入碳材料可以诱导局部电荷密度增大，提供更多的活性位点并促进电子转移，能进一步提高光催化性能。金属有机骨架(MOFs)是制备高比表面积、形貌可控的空心碳材料的良好前驱体。然而，直接高温煅烧MOFs通常会导致结构坍塌。在熔盐中后煅烧碳材料一方面可以提高其石墨化程度，另一方面可以保留其母体形貌，同步引入的K+可以提高其电导率，促进电子转移。本论文中以单宁酸处理的三苯基膦
ZIF-8为前驱体，经两步煅烧制备了K,P,N共掺杂的空心碳多面体来修饰CdSeQDs，探究了CdSe/KPN-HCP催化剂在可见光下产H2/H2O2和TC降解性能。图文导读
材料形貌
图1.CdSe/KPN-HCP的HAADF-STEM和EDS元素映射图像图1为CdSe/KPN-HCP的HRTEM和元素映射图。空心碳多面体具有粗糙的表面，说明CdSeQDs锚定在表面上；C和N主要位于多面体的外壳上，而K、P、Cd和Se则均匀分布在其中。性能测试
图2.光催化产H2（a）、产H2O2（c）、降解TC（e）性能测试和稳定性测试：（b）H2、（d）H2O2、（f）TC降解。
在可见光照射下，对样品的产H2、产H2O2和降解TC的性能进行了探究。如图2所示，KPN-HCP修饰的CdSe光催化性能最高，析H2效率为.8μmolg-1h-1，分别比CdSe和CdSe/N-HCP高39.9倍和3.5倍。可见光照射60min后，CdSe/KPN-HCP在纯水中的H2O2产率为μmolg-1，比CdSe的值大4倍。CdSe/KPN-HCP在60min内的TC降解率为98.5%，表观速率常数k1值为0.min-1，比CdSe(0.min-1)高7.5倍。此外，通过连续四次实验来评估CdSe/KPN-HCP的稳定性。如图2所示，CdSe/KPN-HCP在四个循环后仍保持较高的光催化活性。
机理探究
图3.（a）CdSe/N-HCP,（b）CdSe/PN-HCP和（c）CdSe/KPN-HCP催化剂的DOS（黑色虚线表示每个模型的费米能级）通过态密度计算(DOS)研究了光催化剂的电子结构及K,P,N共掺杂剂对CdSe-HCP复合材料电荷分离性能的影响(图3)。与CdSe/N-HCP和CdSe/PN-HCP的DOS相比，同时掺杂P原子和K+制得的CdSe/KPN-HCP具有最窄的带隙，导带(CB)变正，从而与费米能级相交，表明CdSe/KPN-HCP中有更高的电荷载流子密度，这有利于光催化还原过程中的电荷转移。
图4.（a）CdSe/N-HCP,（b）CdSe/PN-HCP和（c）CdSe/KPN-HCP的差分3D和平面平均电荷密度图
通过差分3D和平面平均电荷密度进一步分析了K,P,N共掺杂的HCP对提高CdSe电荷分离性能的影响。如图4所示，黄色和蓝色分别表示电子积累和消耗。将P引入N-HCP后，电荷分布发生了变化，在PN-HCP层上形成了部分电荷耗尽区。继续掺入K+后，K+可以促进电子在耗尽区扩散，在KPN-HCP中观察到更多的电荷耗尽区。相应的差分平面平均电荷密度表明，跨异质结的电荷载流子分离进一步增强。CdSe/N-HCP、CdSe/PN-HCP和CdSe/KPN-HCP的Bader电荷值分别为为0.01、0.13和0.24e。CdSe/KPN-HCP中更正的Bader电荷值意味着电子可以有效的从CdSe转移到KPN-HCP表面，极大地促进了CdSeQDs中光生电荷的分离，可提供更多的电子参与光催化反应。
与KPN-HCP相比，对比样品K,P,N共掺杂的碳多面体(KPN-CP)，与KCl二次煅烧所得的KPN-HCP(KCl)修饰的CdSe具有较小的产H2/H2O2和TC降解性能(图2)，说明空心结构可以拓宽材料的光吸收，提供更多的活性位点利于底物吸附和表面光催化反应；在KCl-LiCl熔融盐中二次煅烧可以提高碳材料的石墨化度并掺入K+，与P,N掺杂剂共同协作提高复合材料的可见光响应和光生电子-空穴分离效率。
小结
此工作的新颖之处在于报道了一种MOFs衍生的K,P,N共掺杂的空心多面体碳材料(KPN-HCP)用于改性CdSeQDs，同步克服量子点易团聚和电子-空穴易复合问题。大大提高了CdSeQDs的光催化产H2/H2O2和TC降解性能，为制备具有优异光催化性能的多功能复合光催化剂提供新思路。
作者简介
王磊教授：山东省杰青，泰山学者青年专家，青岛科技大学崂山学者,博士生导师。年博士毕业于吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室，导师冯守华院士。.10年-.10年在山东大学材料科学与工程博士后流动站从事博士后工作，导师长江学者陶绪堂教授；.11-.05于美国TheUniversityofTexasatSanAntonio,ChemistryofDepartment做访问学者，合作导师陈邦林教授。长期从事绿色能源相关领域研究，在能源储存与转换材料、光电催化、超分子化学、金属-有机配位聚合物、有机-无机杂化材料等方面做出了出色的工作，先后合成出来首例微孔亚磷酸铍和首例具有三棱镜结构的高稳定金属有机钠盐。已在Nat.Commun.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.,Adv.EnergyMater.,EnergyEnviron.Sci.,Adv.Funct.Mater.,EnergyStorageMater.,NanoEnergy,ACSCent.Sci,Appl.Catal.B:Environ.,J.Mater.Chem.A.,Science.China.Chem.、中国科学、科学通报等国内外重要学术期刊上发表SCI论文二百二十余篇，其中通讯作者影响因子大于10.0的论文三十余篇。主持国家级和省部级项目十余项，首位获得中国石油和化学工业联合会科技进步奖、山东省高等学校科学技术奖共六项。徐继香：青岛科技大学副教授，年于中科院兰州化学物理研究所获博士学位。博士期间主要从事无机黏土材料的解离及改性增粘研究，目前研究方向为纳米复合光催化剂的制备及催化性能研究。已在Appl.Catal.B:Environ.,Chem.Eng.J.,J.ColloidInterfaceSci.,ChemCatChem等杂志发表SCI论文二十余篇，作为项目负责人主持国家青年基金1项、甘肃凹土重点实验室项目1项。备注：PermissionsforreuseofallFigureshavebeenobtainedfromtheoriginalpublisher.Copyright,ElsevierInc.参考文献：JixiangXu,QingjieJi,LeiWang*,etal.,EnhancedphotocatalyticH2/H2O2productionandtetracyclinedegradationperformanceofCdSequantumdotssupportedonK,P,N-co-dopedhollowcarbonpolyhedrons,ChemicalEngineeringJournal,,DOI:10./j.cej...原文链接：