综述：基于碳量子点的粉末材料在光催化环境修复和化工生产中的应用：综述

《Advanced Powder Materials》：Emerging of carbon quantum dots-based powder materials for photocatalytic environmental remediation and chemical production: a review

碳量子点（CQDs）作为新型光催化材料，因其独特的光学和电子特性在环境修复与绿色化学中展现出广阔应用前景。本文系统综述了CQDs的合成策略（如固相合成法、水热法、微波法等）、表面修饰及缺陷工程进展，重点探讨了其作为异质结构建成分（如Z型、S型、双S型）对光生电荷分离效率的提升机制。研究证实CQDs可通过拓宽光谱响应、增强载流子迁移及减少复合反应，显著提高光催化降解有机污染物（如罗丹明B、四环素）、二氧化碳还原及氢气/过氧化氢生产效率。同时，CQDs的低毒性和易功能化特性使其在废水处理、空气净化、抗菌消毒等领域具有实际应用潜力，但规模化生产仍受限于低产率与纯度控制难题。未来需结合缺陷工程与先进表征技术优化CQDs基光催化剂的稳定性与效率。

　　碳量子点（CQDs）作为一类新型的碳基纳米材料，因其独特的光学和电子特性，在多个领域展现出广阔的应用前景。它们能够吸收太阳光，具有超低的生态毒性、良好的分散性、优异的光诱导电荷转移性能，以及低的制备成本。这些特点使CQDs成为环境修复和绿色化学品生产中极具潜力的材料。CQDs的发现可以追溯到2004年，自此，科学家们对其合成方法、功能化策略以及在多种催化过程中的应用进行了广泛研究。

CQDs的合成主要分为两种方式：自上而下和自下而上。自上而下的方法通常涉及对碳材料的物理处理，如电泳、化学氧化等，而自下而上的方法则依赖于有机分子的化学反应，如水热法、微波法、溶剂热法等。近年来，固相合成法作为一种新兴的合成策略，展现出更高的效率和更低的成本。这种方法不需要使用溶剂，操作简便，能够获得高纯度、可控制尺寸的CQDs，因此被认为在未来的大规模生产中具有重要潜力。

在环境修复领域，CQDs已被用于降解有机污染物、减少二氧化碳、生产氢气和过氧化氢。例如，一些研究显示，CQDs可以有效地促进光催化降解多种有机污染物，如甲基橙、罗丹明B等。同时，它们在抗菌、空气净化和水处理等方面也展现出显著的性能提升。此外，CQDs的高光吸收能力和光诱导电荷转移特性，使其成为绿色能源生产的重要组成部分，特别是在水裂解反应中，能够提高氢气的生成效率。

CQDs的光催化性能还受到其表面功能化的影响。通过引入不同的杂原子（如氮、硫、磷）或与其他半导体材料形成异质结构，可以显著提高其光催化效率。例如，一些研究显示，CQDs与金属氧化物（如二氧化钛、氧化锌、氧化铋等）形成异质结构后，能够有效减少光生电子-空穴对的复合，从而提高催化效率。此外，通过构建Z型、S型以及双S型等异质结构，CQDs可以与多种半导体材料协同作用，实现更广泛的光谱响应和更高的光催化性能。

CQDs的表面修饰对于提升其性能同样重要。通过化学反应引入特定的官能团，如羟基、羧基、羰基等，可以改善其水溶性、光吸收能力和电荷转移效率。例如，有研究指出，将CQDs与生物材料（如茶渣、苹果汁、水蜜桃叶等）结合，能够获得高荧光量子产率的CQDs，同时避免使用有毒化学品，提高环境友好性。这种策略不仅符合绿色化学的要求，还为大规模生产提供了可能。

尽管CQDs展现出诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，其荧光量子产率较低、水溶性差、需要复杂的后处理步骤等，这些因素限制了其在某些应用中的效率。此外，CQDs的合成过程往往需要较高的能耗和时间，这在大规模生产中可能成为瓶颈。因此，开发更加高效、环保的合成方法仍然是当前研究的重点之一。

在实际应用中，CQDs的光催化性能不仅取决于其自身的性质，还与所选用的其他材料和工艺密切相关。例如，一些研究发现，将CQDs与具有不同带隙结构的半导体材料结合，可以形成高效的异质结构，从而显著提高光催化效率。同时，通过缺陷工程（如氧空位、硫空位等）对CQDs进行改性，能够进一步优化其性能，使其在光催化降解污染物、生成绿色化学品等方面发挥更大的作用。

总之，CQDs作为一种新型的碳基纳米材料，具有广泛的应用前景。它们不仅能够有效吸收太阳光，还能通过与其他材料的协同作用，提高光催化效率。随着研究的深入，CQDs在光催化过程中的性能和应用潜力将不断被挖掘，为环境修复和绿色能源生产提供新的解决方案。未来，通过优化合成方法、改进表面功能化策略、深入研究其异质结构和缺陷工程，有望进一步推动CQDs在光催化领域的应用。