李润老师在碳量子点光催化领域取得研究进展

近年来，环境污染和能源消耗日益影响着人类的生存和发展。光催化，以清洁无污染的太阳能为能源基础，可有效地实现各类精细化工品的转换和生产，是人类最终解决这些环境和能源问题的有效途径。然而，寻找并制备出稳定高效的光催化剂依然当前人们亟待解决的难题。

碳量子点，作为碳材料的一个重要分枝，由于其原料来源广泛、制备简单、化学结构可调、量子效率高和生物相容性好等优点从而引起了人们的极大兴趣。但由于光生电子与空穴对极易在碳量子点表面发生复合，其光催化能力仍十分有限。

针对以上问题，我院李润老师对碳量子点的碳核进行结构优化，利用维生素B12中的天然卟啉环，首次成功制备的负载金属单原子Co的新型碳量子点光催化剂材料，在光照条件下表现出优良的光氧化能力：在光氧化析氧过程中，产氧速率可达168 µmol h⁻¹ g⁻¹；在光催化有机氧化反应中，碳量子点也表现出较好的催化效果，能够在光照条件下氧化氨类形成亚胺类化工原料，其催化反应的选择性高达99%，转化率也大于90%；单原子碳量子点可实现有机染料罗丹明B在可见光条件下的快速降解，并表现出较高的稳定性。此项工作以“Single atomically anchored cobalt on carbon quantum dots as efficient photocatalysts for visible light-promoted oxidation reactions”为题发表在国际知名杂志《Chemistry of Materials》（IF=10.159）上，我院硕士研究生王钦为论文第一作者，李润助理教授为通讯作者，复旦大学张凯教授为共同通讯作者。

图1 单原子碳量子点应用于光催化氧化反应示意图

另外，在光催化过程中，碳量子点由于颗粒尺寸较小，往往表现出了极好的分散性，虽然有利于催化剂反应活性的提高，然而却带来了其分离上的困难。为了解决这一难题，李润老师对碳量子点表面官能团进行改性，制备出了CO₂可调亲疏水性碳量子点。将石墨烯量子点作为光催化剂进行胺类氧化时，可实现亚胺的高效选择性转化。并能通过其相转移行为可以对石墨烯量子点进行回收再利用，有效的解决了碳量子难回收的问题。此项工作以“CO₂-triggered reversible phase transfer of graphene quantum dots for visible light-promoted amine oxidation”为题发表在国际知名期刊Nanoscale（IF=6.97）上，文章的第一作者是硕士研究生涂先军，通讯作者为李润助理教授。

图2 石墨烯量子点对CO₂响应的可逆相转移现象

上述研究受到国家自然科学基金、湖南省自然科学基金和中央高校基本科研基金项目的资助。

论文链接分别为：

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b03708

https://doi.org/10.1039/C9NR10195K