新材料及其应用

本发明公开了一种碳量子点修饰的n‑n型MFe12O19/CeO2磁分离光催化剂的制备方法，以葡萄糖为原材料，在反应釜中合成碳量子点；以M金属盐、铁盐或铈盐为原材料，并逐步加入螯合剂、防止凝胶塌缩剂、丙烯酰胺和交联剂，在场的作用下使丙烯酰胺和交联剂聚合，形成凝胶体；凝胶体经干燥、烧结等过程合成出MFe12O19或CeO2纳米颗粒；将适量的碳量子点、MFe12O19和CeO2纳米颗粒在酒精溶液中超声搅拌，倒掉上层清液并进行干燥，转移至箱式炉中烧结，调节三者的比例，获得光催化活性可控的碳量子点修饰的n‑n型MFe12O19/CeO2磁分离光催化剂。本发明成本低、易于合成，克服了传统光催化剂电荷分离效率低、难于回收的缺点。

光催化降解就是利用辐射、光催化剂在反应体系中产生的活性极强的自由基，再通过自由基与有机污染物之的加合、取代、电子转移等过程将污染物全部降解为无机物的过程。

CeO2是一种常见的n型宽带隙半导体，在半导体光催化降解有机污物方面具有广阔的应用。然而，由于它带隙值约为***，只能吸收波长小于384nm的紫外光，其太阳光利用率非常低。此外，光催化剂如何回收也是一大难题。如果难于回收，光催化剂本身对已降解的废水便会成为新的污染源。采用可磁分离的金属氧化物半导体复合CeO2光催化剂，可有效解决光催化剂难于回收的难题。

MFe12O19是一种环境友好的n型半导体材料，Eg值约为***，已被用于降解甲基蓝、甲基橙、刚果红等染料。由于其具有较强的磁性，在磁分离回收方面具有潜在的应用前景。尽管Sr(Ba)MFe12O19展示了一定的光催化活性，但其光催化降解能力较差。目前，通过构建BiOCl/SrFe12O19和BiOCl/Co掺杂SrFe12O19异质结，可极大地增强SrFe12O19的光催化性能。因此，设计和构建n‑n型MFe12O19/CeO2异质结磁分离光催化剂对于提高MFe12O19光催化活性具有重要的研究意义。

MFe12O19和CeO2单体的导带电位分别为***和‑***。MFe12O19和CeO2单体的价带电位分别为***和***。MFe12O19/CeO2异质结符合n‑n型复合半导体的II型能带结构排布。碳量子点被认为是具有较强的电子输运能力，通过其构建双异质结的复合物光催化剂可进一步提高单异质结复合物光催化剂的光催化活性。因此，构建碳量子点修饰的n‑n型Sr(Ba)Fe12O19/CeO2异质结磁分离光催化剂是完全可行的。因此，提出一种新方法构建碳量子点修饰的n‑n型Sr(Ba)Fe12O19/CeO2异质结磁分离光催化剂具有巨大的应用前景。

本发明的有益效果：

1、本发明以葡萄糖为原材料，在反应釜中制备水溶性碳量子点；以可溶性M盐、铁盐、铈盐的结晶水合物为原材料，加入螯合剂、防止凝胶塌缩剂、丙烯酰胺、交联剂，在场的作用下使丙烯酰胺和交联剂聚合形成凝胶体，经干燥、烧结等过程获得MFe12O19和CeO2纳米颗粒；将水溶性碳量子点、MFe12O19和 CeO2纳米颗粒均匀混合，构建n‑n型异质结，获得光催化效果优异、可回收的碳量子点修饰的n‑n型 MFe12O19/CeO2磁分离光催化剂。

2、本发明原材料便宜，易于获得且可选择性大，丙烯酰胺与交联剂聚合的方式多样，可根据实验室自身实验条件选择最适合的聚合方式。通过改变合成过程中的实验参数、各单体的组分等可实现碳量子点修饰的n‑n型MFe12O19/CeO2磁分离光催化剂形貌和性能的调控合成，该催化剂可用于降解阳离子和阴离子型等诸多有机污染物。