本文關(guān)鍵詞：有機(jī)染料共價(jià)功能化石墨烯的合成及其光催化產(chǎn)氫性能研究

  更多相關(guān)文章： 有機(jī)染料 石墨烯 功能化 共價(jià) 光催化

【摘要】：環(huán)境惡化和能源短缺是制約人類可持續(xù)發(fā)展的兩大問題,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能是解決環(huán)境和能源問題的有效手段。光催化分解水制備氫氣是將儲(chǔ)量豐富的太陽(yáng)能和水在光催化劑的作用下產(chǎn)生清潔、高效、環(huán)境友好的氫氣,這可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的有效轉(zhuǎn)化。本論文首先以石墨烯為基底,合成了錳酞菁(MnPcCl)共價(jià)功能化石墨烯,雙(異硫氰基)雙(2,2-聯(lián)吡啶基-4,4'-二羧基)釕(II))(N3)共價(jià)功能化石墨烯兩種石墨烯基納米復(fù)合物;此外制備了N3敏化的氯氧鉍復(fù)合催化劑,并系統(tǒng)的研究了所制備催化劑的結(jié)構(gòu)及光催化性能。主要工作內(nèi)容如下:(1)我們通過1,3偶極環(huán)加成反應(yīng)和Williamson反應(yīng)兩步合成了錳酞菁共價(jià)功能化石墨烯(MnPcG),然后通過光沉積將鉑納米粒子作為助催化劑負(fù)載在MnPcG上,得到MnPcG/Pt光催化劑。通過原子力顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、拉曼光譜、紅外光譜、紫外可見光譜、光電流、熒光光譜等方法對(duì)所制備的催化劑的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明錳酞菁共價(jià)連接到了石墨烯的表面。其熒光猝滅效率和顯著提高的光電流表明MnPcG具有優(yōu)異的光電性質(zhì),說明了酞菁分子與石墨烯之間能夠發(fā)生高效的電子轉(zhuǎn)移。與石墨烯相比,MnPcG催化劑的催化產(chǎn)氫性能得到很大的提高。該催化劑在紫外可見和可見光照射下表現(xiàn)出了較強(qiáng)的光催化產(chǎn)氫性能,在10 h光照下,氫氣產(chǎn)量達(dá)到8.59和1.45μmol mg-1。金屬酞菁共價(jià)功能化石墨烯可以作為利用太陽(yáng)能光催化產(chǎn)氫的高效催化劑。(2)通過疊氮化反應(yīng)制備了苯胺基功能化的石墨烯,然后利用苯胺基與N3的羧基進(jìn)行酰胺縮合反應(yīng)制備了N3共價(jià)修飾的石墨烯納米復(fù)合物(N3-RGO)。通過透射電鏡、掃描電鏡、紅外光譜、拉曼光譜、X光電子能譜、熒光光譜及紫外可見光譜等方法對(duì)所制備的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。高效的熒光淬滅率和顯著提高的光電流說明了N3染料分子與石墨烯之間能夠發(fā)生高效的光生電子轉(zhuǎn)移并且抑制了電子空穴對(duì)的復(fù)合率。我們通過光沉積法將助催化劑鉑納米粒子負(fù)載在石墨烯表面,制備了鉑納米粒子修飾的N3共價(jià)功能化的石墨烯光催化劑(N3-RGO/Pt)。該催化劑在紫外可見和可見光照射下表現(xiàn)出了較強(qiáng)的光催化產(chǎn)氫性能,在7 h光照下,氫氣產(chǎn)量達(dá)到11.25和1.78μmol mg-1。我們還研究了該催化劑的穩(wěn)定性,結(jié)果表明其穩(wěn)定性較好。此項(xiàng)工作為利用太陽(yáng)能構(gòu)建石墨烯基復(fù)合催化劑的制備提供了新的思路。(3)鉍氧氯(BiOCl)是一種帶隙比較寬的半導(dǎo)體(3.2 eV),這很大程度地限制了其在可見光光照下的應(yīng)用。我們用水熱法制備了BiOCl半導(dǎo)體,通過超聲法將染料分子N3與Bi OCl半導(dǎo)體結(jié)合起來形成復(fù)合物。并通過X-射線粉末衍射、透射電鏡等方法對(duì)制備的復(fù)合物進(jìn)行表征,并研究了其光催化性能。在6 h紫外可見光照射下,BiOCl和BiOCl-N3產(chǎn)氫量分別為51.5μmol·g-1和85.5μmol·g-1。N3分子作為捕光天線,可以有效地吸收入射光并將電子有效的傳遞到Bi OCl半導(dǎo)體。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)染料 石墨烯 功能化 共價(jià) 光催化
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-38
• 1.1 引言10-11
• 1.2 光催化分解水產(chǎn)氫基本原理11-13
• 1.2.1 光催化產(chǎn)氫的基本機(jī)制11-12
• 1.2.2 光催化產(chǎn)氫的主要過程12-13
• 1.3 光催化分解水的評(píng)估13-14
• 1.3.1 光催化劑的催化活性13-14
• 1.3.2 光催化劑的穩(wěn)定性14
• 1.4 染料敏化半導(dǎo)體的染料類型14-18
• 1.4.1 金屬釕配合物15
• 1.4.2 金屬酞菁/卟啉及其衍生物15-17
• 1.4.3 無(wú)金屬有機(jī)染料17-18
• 1.5 石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其制備18-21
• 1.5.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.5.2 石墨烯的性質(zhì)19
• 1.5.3 石墨烯的制備19-21
• 1.6 石墨烯的功能化21-25
• 1.6.1 有機(jī)分子共價(jià)功能化石墨烯22-23
• 1.6.2 有機(jī)分子非共價(jià)功能化石墨烯23-24
• 1.6.3 對(duì)石墨烯進(jìn)行化學(xué)摻雜24-25
• 1.6.4 納米粒子對(duì)石墨烯的功能化25
• 1.7 功能化石墨烯在光催化中的應(yīng)用25-28
• 1.8 本課題研究背景及內(nèi)容28-30
• 參考文獻(xiàn)30-38
• 第二章 錳酞菁共價(jià)功能化石墨烯的制備以及其光催化性能研究38-60
• 2.1 引言38-39
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分39-43
• 2.2.1 試劑39
• 2.2.2 合成39-40
• 2.2.3 樣品的表征40-41
• 2.2.4 光電化學(xué)的測(cè)試41
• 2.2.5 光催化反應(yīng)41-43
• 2.3 結(jié)果分析與討論43-52
• 2.3.1 形態(tài)與結(jié)構(gòu)分析43-46
• 2.3.2 光學(xué)與光電性質(zhì)研究46-49
• 2.3.3 光催化分解水制氫性能研究49-52
• 2.4 本章小結(jié)52-54
• 參考文獻(xiàn)54-60
• 第三章 釕配合物N3染料共價(jià)功能化石墨烯光催化劑的制備及其光催化性能研究60-82
• 3.1 引言60-61
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分61-65
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及材料61
• 3.2.2 合成61-63
• 3.2.3 樣品的表征63
• 3.2.4 光電化學(xué)測(cè)試63
• 3.2.5 光催化反應(yīng)63-65
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論65-75
• 3.3.1 形態(tài)與結(jié)構(gòu)表征65-69
• 3.3.2 光電性質(zhì)表征69-73
• 3.3.3 光催化分解水產(chǎn)氫性能研究73-75
• 3.4 本章小結(jié)75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 第四章 釕配合物N3染料敏化Bi OCl半導(dǎo)體催化劑的制備及其光催化產(chǎn)氫性能研究82-89
• 4.1 引言82-83
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分83-84
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及材料83
• 4.2.2 合成83
• 4.2.3 樣品的表征83
• 4.2.4 光催化反應(yīng)83-84
• 4.3 結(jié)果與討論84-86
• 4.3.1 形貌與結(jié)構(gòu)84-85
• 4.3.2 光催化產(chǎn)氫性能研究85-86
• 4.4 本章小結(jié)86-87
• 參考文獻(xiàn)87-89
• 結(jié)論89-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90-91
• 致謝91-92

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