Multicolor lignin-derived carbon quantum dots: Controllable synthesis and photocatalytic applications

碳量子点 量子点 光催化 木质素 碳纤维 纳米技术 材料科学 量子 化学工程 光化学 化学 物理 有机化学 量子力学 催化作用 复合材料 复合数 工程类
作者
Lingli Zhu,Hao Wu,Shengyu Xie,Hongmin Yang,Dekui Shen
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:662: 160126-160126 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.160126
摘要

The cost-effective, high-performance fabrication of multicolor carbon quantum dots (CQDs) from biomass is critical to its prospective application. Lignin, with its phenylpropane structural unit and abundant functional groups, is a reliable precursor for the formation of high-quality CQDs. Here, CQDs from renewable lignin were successfully prepared via a two-step method, and controllable preparation of CQDs to emit blue, green, yellow, and red fluorescence was achieved by adjusting the N-containing acid dopant. The investigated fluorescence mechanism revealed that the energy bandgap of the lignin-derived CQDs decreased and the emission wavelength redshifted as the graphitization degree and number of C = O surface groups increased. The light absorption region of the Bi7O9I3 photocatalysts modified with blue CQDs to red CQDs gradually broadened in the redshifted direction. In particular, compared with pure Bi7O9I3 (70.9 %), the red CQDs-modified Bi7O9I3 (RCQD/BOI) can remove 94.7 % of antibiotics within 60 min of light irradiation. The superior photocatalytic activity of RCQD/BOI is attributed to the established internal electric field that accelerates charge transfer and effectively separates the photogenerated e+-h+ inside Bi7O9I3. Furthermore, through radical capture, electron paramagnetic resonance (EPR) experiments validated the photocatalytic mechanism of RCQD/BOI and revealed that h+, O2− and OH are key reactants in the photocatalytic degradation process. This promising and sustainable approach for the synthesis of multicolor lignin-derived CQDs opens the avenue of high-value utilization of biomass resources, green production of CQDs nanomaterials, and efficient development of CQDs-based photocatalysts for wastewater treatment.
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