摘要：本研究旨在开发一种新型的基于氮化碳量子点/Ag@TiO?异质结的可见光催化抗菌装饰板，以满足室内环境对高效抗菌和装饰的双重需求。通过水热法和光还原法成功制备了氮化碳量子点/Ag@TiO?复合光催化剂，并将其负载到装饰板表面。利用XRD、TEM、UV-Vis DRS 等手段对复合材料的结构、形貌和光学性能进行了表征。抗菌实验结果表明，该复合光催化剂在可见光照射下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出优异的抗菌性能，抗菌率分别达到 99.9%和 99.8% 。光催化机理研究表明，氮化碳量子点和Ag 纳米颗粒的协同作用有效地促进了光生载流子的分离和转移，提高了光催化活性。本研究为开发高性能的可见光催化抗菌装饰材料提供了新的思路和方法。关键词：氮化碳量子点；Ag@TiO?异质结；可见光催化；抗菌装饰板

引言：随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，对室内环境的质量要求越来越高。细菌和病毒等微生物在室内环境中的传播会对人体健康造成严重威胁，因此开发高效的抗菌材料具有重要的现实意义。光催化抗菌技术作为一种绿色、环保的抗菌方法，受到了广泛的关注。TiO₂作为一种经典的光催化剂，具有催化活性高、化学稳定性好、价格低廉等优点，在光催化领域得到了广泛的应用。然而， TiO_z ₂的禁带宽度较宽 (3.2eV) ），只能在紫外光的激发下产生光催化活性，而紫外光在太阳光中的占比仅为 3%-5% ，这大大限制了其实际应用。为了拓展TiO₂的光响应范围，提高其在可见光下的光催化活性，人们采用了多种方法对其进行改性，如掺杂、复合等。

氮化碳量子点（CNQDs）是一种新型的碳基量子点，具有独特的光学和电学性质，如荧光发射、良好的水溶性和生物相容性等。CNQDs 的引入可以有效地拓展TiO₂的光响应范围，提高其光生载流子的分离效率，从而增强其光催化活性。此外，贵金属纳米颗粒（如Ag、Au ）由于其表面等离子体共振效应，也可以有效地提高TiO₂的光催化活性。Ag 纳米颗粒可以作为电子捕获剂，促进光生电子和空穴的分离，同时Ag 本身也具有一定的抗菌性能。

将氮化碳量子点和Ag 纳米颗粒与TiO₂复合，构建氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结，有望进一步提高TiO₂的光催化活性和抗菌性能

一、实验部分（一）实验材料

钛酸四丁酯（C₁₆ H₃₆ O₄Ti）、无水乙醇（C₂H₅ OH）、冰醋酸（CH₃COOH）、硝酸银（AgNO₃）、三聚氰胺（ C₃ H₆ N₆ ）、氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）、大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）、装饰板基板（如纤维板、刨花板等）。

（二）氮化碳量子点的制备

采用热解法制备氮化碳量子点。将三聚氰胺置于坩埚中，在马弗炉中以5℃/min 的升温速率升温至550℃，并保持3 h。冷却后，将产物研磨成粉末，然后将其分散在去离子水中，超声处理30 min。接着，将分散液在10000r/min 的转速下离心 15 min，取上清液，得到氮化碳量子点溶液。

（三）Ag@TiO₂的制备

采用水热法制备TiO₂纳米颗粒。将一定量的钛酸四丁酯缓慢滴加到无水乙醇和冰醋酸的混合溶液中，搅拌均匀后，得到溶液A。将一定量的去离子水和无水乙醇混合，加入适量的盐酸调节pH 值至2 - 3，得到溶液B。在剧烈搅拌下，将溶液 B 缓慢滴加到溶液A 中，继续搅拌30 min，得到白色溶胶。将溶胶转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180℃下反应 12 h。反应结束后，自然冷却至室温，将产物离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤多次，然后在60℃下干燥 12 h，得到TiO₂纳米颗粒。

二、结果与讨论

（一）结构与形貌分析

XRD 分析结果表明，制备的 TiO₂纳米颗粒为锐钛矿型，Ag@TiO₂和氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结中也存在锐钛矿型TiO₂的特征衍射峰。同时，在Ag@TiO₂的 XRD 图谱中可以观察到Ag 的特征衍射峰，表明

Ag 纳米颗粒成功地负载在TiO₂表面。在氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结的 XRD 图谱中，虽然没有明显的氮化碳量子点的特征衍射峰，但通过 TEM 和其他表征手段可以证明氮化碳量子点的存在。

（二）光学性能分析

UV-Vis DRS 结果表明，TiO₂纳米颗粒在紫外光区域有较强的吸收，而在可见光区域的吸收较弱。Ag@TiO₂由于Ag 纳米颗粒的表面等离子体共振效应，在可见光区域出现了明显的吸收峰，拓展了 TiO₂ 的光响应范围。氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结在可见光区域的吸收进一步增强，这是由于氮化碳量子点的引入，不仅拓展了光响应范围，还提高了光生载流子的分离效率。

PL 光谱分析结果显示，氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结的荧光强度明显低于TiO₂和Ag@TiO₂，表明氮化碳量子点和 Ag 纳米颗粒的协同作用有效地抑制了光生载流子的复合，提高了光生载流子的分离效率，从而有利于光催化反应的进行。

（三）抗菌性能分析

抗菌实验结果表明，在可见光照射下，未负载光催化剂的装饰板基板对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌几乎没有抗菌效果。负载TiO₂的装饰板对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定的抗菌性能，但抗菌率较低。负载Ag@TiO₂的装饰板的抗菌性能明显提高，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到95%和 93%, 。而负载氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结的装饰板表现出优异的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到99.9%和 99.8% 。

（四）光催化抗菌机理

在可见光照射下，氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结中的TiO₂吸收光子能量，产生光生电子（e⁻ ）和空穴（h⁺ ）。由于氮化碳量子点具有良好的电子传输性能，光生电子可以迅速转移到氮化碳量子点表面，同时 Ag纳米颗粒作为电子捕获剂，进一步促进了光生电子和空穴的分离。光生空穴具有强氧化性，可以与表面吸附的水或氢氧根离子反应生成羟基自由基（·OH），光生电子可以与氧气反应生成超氧阴离子自由基 。

结语：本研究通过水热法和光还原法成功制备了氮化碳量子点/Ag@TiO₂异质结复合光催化剂，并将其负载到装饰板表面，制备出具有可见 装 板。结构和形貌分析表明，氮化碳量子点和Ag 纳米颗粒成功地负载在TiO₂表面，形成 分析显示，该异质结拓展了TiO₂的光响应范围，提高了光生载流子的分离效率。抗 点/Ag@TiO₂异质结的装饰板在可见光照射下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现 优异的抗菌性能。光催化抗菌机理研究表明，氮化碳量子点和Ag 纳米颗粒的协同作用促进了光生载流子的分离和转移，产生了大量的活性氧物种，从而实现了高效的光催化抗菌效果。

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