本文關(guān)鍵詞：卟啉可控自組裝及可見(jiàn)光光解水制氫應(yīng)用

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【摘要】：太陽(yáng)能是一種綠色、清潔、可再生的能源,通過(guò)光解水制氫將低密度的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)的氫能對(duì)解決當(dāng)前嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問(wèn)題具有重要意義。人工模擬光合作用是一個(gè)有效利用太陽(yáng)能的途徑,在光合作用中,染料類(lèi)物質(zhì)作為光吸收材料發(fā)揮著重要的作用,其中卟啉類(lèi)、酞菁類(lèi)有機(jī)分子由于具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、較好的分子可修飾性及在可見(jiàn)光區(qū)較強(qiáng)的光吸收能力引起了人們的廣泛關(guān)注。自然界光合作用系統(tǒng)中,葉綠素鎂卟啉自組裝形成有序的納米結(jié)構(gòu)而作為高效的光合作用過(guò)程中的光吸收劑。因此,設(shè)計(jì)合成出具有拓寬可見(jiàn)光吸收能力的卟啉組裝體,通過(guò)模擬自然界光合作用,以長(zhǎng)程有序的卟啉組裝體為吸光劑,進(jìn)而構(gòu)筑高效的光催化體系具有重要的研究意義。分子自組裝技術(shù)是構(gòu)筑具有特定結(jié)構(gòu)和功能的納米材料的一個(gè)強(qiáng)有力手段,利用不同自組裝方法可控合成出形貌規(guī)整、可見(jiàn)光吸收能力強(qiáng)的卟啉組裝體,是構(gòu)筑高效光催化體系的基礎(chǔ)。本論文基于本課題組已有的分子自組裝技術(shù)可控合成出一維四-(對(duì)羥基苯基)卟啉(THPP)納米線和二維超薄納米片兩種納米材料,并以該卟啉組裝體為光吸收劑,成功構(gòu)筑可見(jiàn)光光催化制氫體系,結(jié)果顯示該卟啉納米線表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于已報(bào)到的卟啉可見(jiàn)光光解水制氫的性能。具體工作如下:1將本課題組開(kāi)發(fā)的酸堿中和/膠束限域可控自組裝的方法,拓展到四-對(duì)羥基苯基卟啉(THPP),將THPP溶于氫氧化鈉中,卟啉的四個(gè)苯羥基脫質(zhì)子形成卟啉負(fù)離子,其在水中溶解度很好,有利于提高自組裝的產(chǎn)率并進(jìn)行放大生產(chǎn)。將該卟啉負(fù)離子的水溶液一次性快速注入含鹽酸的乳化劑溶液中,酸堿中和,卟啉質(zhì)子化再析出,在乳化劑的膠束限域作用下卟啉有序組裝。通過(guò)乳化劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與THPP分子間的疏水-疏水相互作用,以及卟啉分子間的氫鍵等非共價(jià)鍵相互作用,以乳化劑膠束為模板,逐漸組裝形成卟啉納米線。調(diào)節(jié)乳化劑、卟啉配比,體系pH,可控獲得尺寸可調(diào)的卟啉納米線。FESEM、TEM、HRTEM、UV-vis、FT-IR、XRD等系列表征顯示,組裝體形貌規(guī)整,尺寸均一,具有較好晶型;此外,該納米線組裝體在可見(jiàn)光區(qū)的吸收范圍拓寬,且在水中的分散性極好�；谶策M裝體的這些優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)可見(jiàn)光光催化體系,卟啉納米線為吸光劑,鉑為催化劑,抗壞血酸(AA)為犧牲劑。卟啉長(zhǎng)線強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收,及卟啉J-型聚集形成的長(zhǎng)程有序的π-π共軛體系,有利于光生載流子的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移;鉑有效的分離光生載流子,提供反應(yīng)的活性中心;犧牲劑AA及時(shí)消耗光生空穴,抑制其與光生電子的復(fù)合。結(jié)果顯示該卟啉納米組裝體可見(jiàn)光光解水產(chǎn)氫效率高達(dá)14.6μmol/h/mg,是原始卟啉粉末的20.85倍,平均產(chǎn)氫量子產(chǎn)率為0.23%,且具有很好的循環(huán)利用性能,體現(xiàn)出組裝體的協(xié)同效應(yīng)。2.利用共溶劑輔助自組裝的方法,將THPP的DMF溶液直接快速注入含乳化劑CTAB和共溶劑DMF的不良溶劑中,卟啉再析出,通過(guò)卟啉分子間π-π相互作用、氫鍵作用以及卟啉和乳化劑間的疏水-疏水相互作用,卟啉分子在膠束限域作用下有序組裝成卟啉超薄納米片。通過(guò)調(diào)節(jié)乳化劑、卟啉濃度配比、DMF的加入量,可控合成出不同尺寸和厚度的卟啉納米片。FESEM、TEM、UV-vis、FT-IR、XRD、AFM等表征顯示,納米片厚度僅為3.4 nm,具有較好的晶型,且表現(xiàn)出可見(jiàn)光區(qū)吸收拓寬的光學(xué)特性。此超薄納米結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積,可見(jiàn)光光解水制氫測(cè)試和光電性質(zhì)正在探索中。
【關(guān)鍵詞】：四-(對(duì)羥基苯基)卟啉 卟啉可控自組裝 可見(jiàn)光光催化制氫
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O626;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 卟啉單分子概述12-15
• 1.2.1 卟啉單分子簡(jiǎn)介12-14
• 1.2.2 卟啉單分子應(yīng)用及展望14-15
• 1.3 基于卟啉單分子的自組裝概述15-18
• 1.3.1 卟啉分子自組裝的簡(jiǎn)介15-16
• 1.3.2 幾種卟啉自組裝方法16-17
• 1.3.3 卟啉自組裝材料的應(yīng)用簡(jiǎn)介17-18
• 1.4 基于卟啉自組裝體的光催化應(yīng)用研究現(xiàn)狀18-24
• 1.4.1 模擬自然界光合作用18-21
• 1.4.2 光催化還原水制氫21-23
• 1.4.3 光催化還原二氧化碳23-24
• 1.5 本論文的研究思路、內(nèi)容及創(chuàng)新之處24-27
• 參考文獻(xiàn)27-32
• 2 一維卟啉納米長(zhǎng)線的可控合成及可見(jiàn)光光解水制氫應(yīng)用32-60
• 2.1 引言32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分33-36
• 2.2.1 試劑33-34
• 2.2.2 測(cè)試儀器34
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟34-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-46
• 2.3.1 一維卟啉納米長(zhǎng)線的合成及形貌表征36-37
• 2.3.2 不同乳化劑濃度對(duì)組裝體形貌的影響37-38
• 2.3.3 卟啉濃度對(duì)組裝體的形貌影響38-40
• 2.3.4 不同pH值對(duì)組裝體的形貌影響40-41
• 2.3.5 粉末X射線衍射表征41-42
• 2.3.6 紫外可見(jiàn)吸收光譜表征42-43
• 2.3.7 傅里葉紅外光譜測(cè)試43
• 2.3.8 組裝體形成的動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)驗(yàn)43-45
• 2.3.9 組裝體的形成機(jī)理分析45-46
• 2.4 組裝體可見(jiàn)光光解水制氫應(yīng)用及機(jī)理分析46-53
• 2.4.1 體系pH值對(duì)產(chǎn)氫的影響46-47
• 2.4.2 不同Pt負(fù)載量對(duì)產(chǎn)氫的影響47-48
• 2.4.3 犧牲劑的加入量對(duì)產(chǎn)氫效率的影響48-49
• 2.4.4 不同尺寸組裝體產(chǎn)氫的差異49-51
• 2.4.5 對(duì)照組的產(chǎn)氫結(jié)果51
• 2.4.6 平均產(chǎn)氫量子產(chǎn)率的計(jì)算51-52
• 2.4.7 組裝體可見(jiàn)光光解水制氫機(jī)理分析52-53
• 2.5 本章結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 3 二維卟啉超薄納米片的可控合成60-75
• 3.1 引言60-61
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分61-63
• 3.2.1 試劑61
• 3.2.2 測(cè)試儀器61-62
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟62-63
• 3.3 結(jié)果與討論63-70
• 3.3.1 二維卟啉納米片的合成及形貌表征63-64
• 3.3.2 不同乳化劑濃度對(duì)組裝體的形貌影響64-65
• 3.3.3 不同卟啉濃度對(duì)組裝體的形貌影響65-67
• 3.3.4 不同共溶劑加入量對(duì)組裝體的形貌影響67-68
• 3.3.5 粉末X射線衍射表征68
• 3.3.6 紫外可見(jiàn)吸收光譜表征68-69
• 3.3.7 傅里葉紅外光譜測(cè)試69-70
• 3.4 組裝體的形成機(jī)理分析70-71
• 3.5 本章結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 4 結(jié)論與展望75-77
• 4.1 結(jié)論75-76
• 4.2 展望76-77
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄77-79
• 致謝79-80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李鑫;溫九青;劉敬祥;方岳平;余家國(guó);;光催化還原CO_2合成太陽(yáng)燃料半導(dǎo)體光催化劑的設(shè)計(jì)與制備(英文)[J];Science China Materials;2014年01期

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本文編號(hào)：993220