氮硅自掺杂竹基碳量子点及其光催化复合材料的制备与应用

朱亚玮; 房桂干; 沈葵忠; 田庆文

朱亚玮,房桂干,沈葵忠,田庆文.氮硅自掺杂竹基碳量子点及其光催化复合材料的制备与应用[J].中国造纸学报,2026,41(1):37-47

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氮硅自掺杂竹基碳量子点及其光催化复合材料的制备与应用

Preparation and Application of N, Si Auto-doped Carbon Quantum Dots and Photocatalytic Composites

投稿时间：2024-12-03 修订日期：2024-12-24

DOI：10.11981/j.issn.1000-6842.2026.01.37

中文关键词: 氮硅自掺杂竹基碳量子点竹材制浆备料剩余物 BiOCl 盐酸四环素光催化

Key Words:N, Si auto-doped carbon quantum bamboo pulping residues BiOCl tetracycline hydrochloride photocatalysis

基金项目:国家自然科学基金（32301682）；山东博士后科学基金（SDCX-ZG-202400110）。

作者	单位	邮编
朱亚玮^*	1中国林业科学研究院林产化学工业研究所,森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,国家林业和草原局林产化学工程重点实验室, 林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏南京,210042	210042
房桂干	1中国林业科学研究院林产化学工业研究所,森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,国家林业和草原局林产化学工程重点实验室, 林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏南京,210042 2山东华泰纸业股份有限公司 & 山东黄三角产业技术研究院有限公司,山东省生物基材料与绿色制浆造纸重点实验室,山东东营,257335	257335
沈葵忠^*	1中国林业科学研究院林产化学工业研究所,森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,国家林业和草原局林产化学工程重点实验室, 林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏南京,210042	210042
田庆文^*	1中国林业科学研究院林产化学工业研究所,森林食物资源挖掘与利用全国重点实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,国家林业和草原局林产化学工程重点实验室, 林木生物质低碳高效利用国家工程研究中心,江苏南京,210042 2山东华泰纸业股份有限公司 & 山东黄三角产业技术研究院有限公司,山东省生物基材料与绿色制浆造纸重点实验室,山东东营,257335 3广西大学轻工与食品工程学院,广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室,广西南宁,530004	530004

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中文摘要:

基于竹材富含氮（N）和硅（Si）特性，本研究以竹材制浆备料剩余物为原料，通过水热法制备氮硅自掺杂竹基碳量子点（N， Si-CQDs），并将其与氯氧化铋（BiOCl）复合，构建了N， Si-CQDs/BiOCl复合材料。与桉木和马尾松的制浆备料剩余物相比，竹材制浆备料剩余物中Si含量更高（2.31%），且N和O的相对含量也较高，显示出在高性能碳材料制备方面的独特优势。结果表明，N， Si-CQDs/BiOCl复合材料对盐酸四环素的光催化降解率在160 min内达92.5%，其中羟基自由基（·OH）、超氧自由基（·O₂^-）和空穴（h⁺）是主要活性物质。N和Si的自掺杂显著提高了碳量子点的电子传输能力，促进了光生载流子的分离和迁移。N， Si-CQDs与BiOCl之间通过C—O—Bi形成的强相互作用，有效提升了催化剂的氧空位浓度和电子的传输效率，从而增强了光催化性能。

Abstract:

Based on the fact that bamboo is rich in nitrogen （N） and silicon （Si）， this study utilized bamboo residue as a raw material to prepare nitrogen and silicon auto-doped bamboo-based carbon quantum dots （N， Si-CQDs） via hydrothermal method， further combined with BiOCl to form N， Si-CQDs/BiOCl composites. Compared with the residues from eucalyptus and Masson pine pulping， bamboo pulping residues exhibited a higher Si content （2.31%） and relatively higher N and O contents， highlighting their unique advantages for high-performance carbon materials preparation. The study revealed that N， Si-CQDs/BiOCl achieved a photocatalytic degradation rate of 92.5% for tetracycline hydrochloride （TCH） within 160 min， with hydroxyl radicals （·OH）， superoxide radicals （·O₂^-）， and holes （h⁺） identified as the primary active species. The auto-doping of N and Si significantly enhanced the electron transport capacity of carbon quantum dots， promoting the separation and migration of photogenerated charge carriers.The strong interaction between N， Si-CQDs and BiOCl through C—O—Bi chemical bonds enhanced the catalyst’s oxygen vacancy concentration and facilitates efficient electron transfer， thereby boosting the photocatalytic effect.

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