本文關(guān)鍵詞：卟啉—二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法及其對(duì)光催化活性影響的研究

  更多相關(guān)文章： TiO_2 卟啉 銅卟啉 光催化劑 光催化降解 4-NP

【摘要】：近年來(lái),環(huán)境污染問題是人類面臨的重要難題,特別是廢水中各種染料的處理。而光催化半導(dǎo)體TiO_2已經(jīng)被認(rèn)為是解決這個(gè)問題的一種綠色技術(shù),這種方法也已經(jīng)成為了大家討論的焦點(diǎn)。但TiO_2的禁帶寬度Eg=3.2eV,在可見光下難被激發(fā),其光生電子與空穴復(fù)合率較高,這些都嚴(yán)重限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。目前多種辦法已經(jīng)被用于改善這個(gè)問題,其中染料敏化TiO_2的方法廉價(jià)、方便、有效。卟啉分子具有離域的共軛大環(huán),在可見光區(qū)有強(qiáng)的吸收帶(400-450nm的Soret帶和500-700nm的Q帶),光熱穩(wěn)定性好,且與TiO_2之間的能級(jí)較為匹配。因此卟啉敏化TiO_2可以有效的提高TiO_2的光催化活性,其復(fù)合光催化劑的制備將具有深遠(yuǎn)的意義。本論文合成了4種卟啉,首先合成5,10,15,20-四-(3-乙酯基亞甲氧基)苯基卟啉(H_2TEPp),5,10,15,20-四-(3-乙酯基亞甲氧基)苯基銅卟啉(CuTEPp),然后將它們水解便可得到5,10,15,20-四-(3-羧基亞甲氧基)苯基卟啉(H_2TCPp),5,10,15,20-四-(3-羧基亞甲氧基)苯基銅卟啉(CuTCPp),最后對(duì)制得的化合物進(jìn)行了UV-vis、FT-IR、 EA、MS、JHNMR等表征,確定相應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)。采用兩種不同的方法制備了卟啉敏化的復(fù)合光催化劑,一種是“兩步法”,即以P25為原料先制備TiO_2納米棒,然后用合成的4種卟啉分別敏化TiO_2納米棒,制備四種光催化劑H_2TEPp/Ti02, CuTEPp/TiO_2, H_2TCPp/Ti02, CuTCPp/TiO_2;另一種是“一步法”即以鈦酸四丁酯為鈦源,卟啉作為敏化劑,在鈦酸四丁酯水解生成TiO_2的同時(shí)于與卟啉進(jìn)行復(fù)合,得到了四種光催化劑H_2TEPp-TiO_2, CuTEPp-TiO_2, H_2TCPp-TiO_2, CuTCPp-TiO_2。對(duì)其進(jìn)行了SEM, TEM, FT-IR, PL, UV-vis DRS, XRD, N2吸附脫附等表征,并通過光催化降解對(duì)硝基苯酚(4-NP)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了它們的光催化活性和穩(wěn)定性,得出以下結(jié)論：(1)在所有的復(fù)合光催化劑中,卟啉都能夠成功的負(fù)載在TiO_2上,且卟啉分子與TiO_2之間通過Ti-O-C=O的鍵作用相結(jié)合,所有的復(fù)合光催化劑都具有大的比表面積,這意味著具有更多的活性位點(diǎn),因而表現(xiàn)出更好的光催化活性。(2)通過“兩步法”得到的復(fù)合光催化劑的光催化活性都高于商業(yè)的P25和納米棒TiO_2,其中CuTCPp/TiO_2的光催化活性和穩(wěn)定性最好。(3)根據(jù)“一步法”篩選出最佳制備條件得到的復(fù)合光催化劑都是由均勻的納米顆粒堆積形成的介孔材料,且具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出更好的光催化活性和穩(wěn)定性,其中CuTCPp-TiO_2的光催化活性和穩(wěn)定性最好。研究表明,卟啉在TiO_2表面的聚集狀態(tài)和它們之間的作用力很大程度上影響光催化劑的性能。
【關(guān)鍵詞】：TiO_2 卟啉 銅卟啉 光催化劑 光催化降解 4-NP
【學(xué)位授予單位】：西北大學(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
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 卟啉及金屬卟啉的研究進(jìn)展11-14
• 1.2.1 卟啉及金屬卟啉簡(jiǎn)介11-12
• 1.2.2 卟啉和金屬卟啉的合成12-14
• 1.3 卟啉敏化TiO_2的研究進(jìn)展14-21
• 1.3.1 半導(dǎo)體TiO_2研究進(jìn)展14-18
• 1.3.2 卟啉敏化TiO_2光催化研究進(jìn)展18-21
• 1.4 本論文選題目的意義及研究?jī)?nèi)容21-24
• 第二章 含酯基、羧基卟啉及其銅卟啉的合成與表征24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-30
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器25-26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑26
• 2.2.3 酯基卟啉H_2TEPp的合成26-28
• 2.2.4 銅酯基卟啉CuTEPp的合成28-29
• 2.2.5 羧基卟啉H_2TCPp的合成29
• 2.2.6 銅羧基卟啉CuTCPp的合成29-30
• 2.3 結(jié)果與討論30-39
• 2.3.1 合成過程的分析30-31
• 2.3.2 紫外-可見光譜分析31-33
• 2.3.3 質(zhì)譜分析33-36
• 2.3.4 ~1H-NMR譜分析36-38
• 2.3.5 紅外光譜分析38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 納米棒復(fù)合光催化劑MPp/TiO_2的溶劑熱制備與表征40-58
• 3.1 引言40-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-43
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器41
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑41
• 3.2.3 TiO_2的制備41-42
• 3.2.4 納米棒復(fù)合光催化劑MPp/TiO_2的制備42
• 3.2.5 光催化劑的活性及其穩(wěn)定性的測(cè)定方法42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-56
• 3.3.1 合成過程分析43-44
• 3.3.2 催化劑形貌的分析44-47
• 3.3.3 固體紫外漫反射光譜的分析47-48
• 3.3.4 XRD的分析48-50
• 3.3.5 N_2-吸附脫附的分析50-51
• 3.3.6 紅外光譜的分析51-53
• 3.3.7 熒光光譜分析53-54
• 3.3.8 光催化活性的評(píng)價(jià)54-55
• 3.3.9 光催化劑穩(wěn)定性的分析55-56
• 3.3.10 光催化機(jī)理的分析56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 第四章 新型復(fù)合光催化劑MPp-TiO_2的溶劑熱制備與表征58-80
• 4.1 引言58
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分58-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器58-59
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑59
• 4.2.3 不同條件下MPp-TiO_2的制備59-61
• 4.3 結(jié)果與討論61-78
• 4.3.1 合成過程分析61-62
• 4.3.2 復(fù)合光催化劑形貌的分析62-65
• 4.3.3 XRD的分析65-69
• 4.3.4 N_2-吸附脫附的分析69-70
• 4.3.5 紅外光譜的分析70-72
• 4.3.6 固體紫外漫反射光譜的分析72-74
• 4.3.7 熒光光譜分析74-75
• 4.3.8 光催化活性的分析75-76
• 4.3.9 光催化劑穩(wěn)定性的分析76-77
• 4.3.10 光催化機(jī)理的分析77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第五章 總結(jié)與展望80-82
• 5.1 工作總結(jié)80
• 5.2 工作展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-95
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果95-96
• 致謝96

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4 徐W，

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