项目名称: 碳量子点嫁接介孔羟基磷灰石复合结构的设计及其调控光能转化的研究

项目编号: No.51502270

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 常青

作者单位: 中北大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 构建/优化复合微观结构,一方面可降低光损耗,提高光的吸收;另一方面,良好的复合界面可促进光生电荷的转化,从而实现光能的高效利用。本项目将不同异相元素表面功能化的碳量子点嫁接在介孔羟基磷灰石上,是通过微观结构设计调控光能吸收及转化的探索。该研究还涉及低成本、绿色羟基磷灰石与碳量子点二者嫁接界面处的化学组分调节光生电荷行为的机制。首先对介孔羟基磷灰石的孔径、孔容和形貌进行设计,然后再通过非共价键、表面基团间反应,让碳量子点嫁接到羟基磷灰石介孔壁上。通过表征所得结构光物理和光化学性能,阐明介孔羟基磷灰石与碳量子点间的相互作用对光吸收及转化的影响机制;结合实验结果与理论分析,揭示不同介孔结构中碳量子点的空间分布以及光生电荷的产生、复合、消耗和传输等行为。最后明确出有利于光吸收及转化的最优复合结构,为生物检测、环境处理应用领域提供一种低成本、绿色的新材料。

中文关键词: 羟基磷灰石;碳量子点;介孔;微观结构;光能转化

英文摘要: Designing microstructure is an effective way to reduce the loss of light energy and improve its adsorption. On the other hand, a good composite interface could promote fast conversion of photoinduced electrons. In this project, a novel type of heterostructure is proposed to incorporate carbon quantum dots, which are modified by other elements, into the mesoporous hydroxyapatite frameworks. The objectives of the proposed research are to improve the absorption and conversion of light energy by designing the microstructure of the composites, and recognize the effects of the chemical composition at the interface between hydroxyapatite and carbon quantum dots on the behaviors of photoinduced electrons. First, the mesoporous hydroxyapatite, possessing different pore size and volume as well as morphology, will be prepared. Carbon quantum dots will be incorporated into the mesoporous hydroxyapatite frameworks by the reaction of surface groups or via non-covalent bonding. Then, the underlying effects of the interface between mesoporous hydroxyapatite and carbon quantum dots on the light energy conversion will be clarified by studying the fluorescence and photocatalytic activities of the composites. On the basis of experimental results and theoretic analysis, the generation, transfer, and recombination behaviors of photoinduced electrons in different mesoporous frameworks will be investigated so as to ascertain the light energy conversion mechanisms. Finally, the microstructure of the composites with excellent light adsorption and conversion will be achieved. The project will improve fundamental understanding of the relationships between inner behaviors and external performance, and is expected to create a low-cost and green nanomaterial with excellent fluorescence or photocatalytic activities that would have important applications in biological and environmental fields.

英文关键词: Hydroxyapatite;Carbon quantum dots;Mesoporous;Microstructure;Light energy conversion

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