金属酞菁—碳纳米管复合材料的合成及其催化性能研究

发布时间：2017-05-26 14:25

  本文关键词：金属酞菁—碳纳米管复合材料的合成及其催化性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属酞菁催化性能良好,然而其自身作为催化剂在反应过程存在聚集现象从而影响其催化活性。近年来,对于金属酞菁类的负载已经进行了很多研究,但是金属酞菁-碳纳米管复合材料对于催化方面的应用报道还很少。将金属酞菁负载于多壁碳纳米管上能够有效地提升其在反应溶液中的分散性。以1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)作为催化剂,用液相催化法和原位溶剂热法合成了(四硝基金属酞菁)MTNPc,(四氨基锌酞菁)ZnTAPc,(四对叔丁基苯氧基金属酞菁)[4α(OPh-t-Bu)MPc],(无取代金属酞菁)MPc以及(四异戊氧基金属酞菁)MPc(OC5H11)4(M=Co,Zn),通过UV-vis,FTIR和1H-NMR对合成的酞菁进行了表征。使用酞菁以及酸化过后的MWCNTs作为原料,采用超声浸渍法,化学接枝法以及溶剂热法合成出不同种类的酞菁染料-碳纳米管复合材料。结合酞菁染料-碳纳米管染料的应用如光催化降解有机污染物,化学催化有机反应方面进行研究。用不同制备方法合成得到不同取代基种类的金属酞菁-碳纳米管复合催化剂,利用金属酞菁-碳纳米管的高效的催化活性来催化氧化苯乙烯反应以及进行光催化降解研究。主要的研究内容如下:(1)用DBU液相催化法合成MTNPc,MPc,[4α(OPh-t-Bu)MPc]以及MPc(OC5H11)4(M=Co,Zn),并以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,通过超声浸渍法制备了金属酞菁-碳纳米管复合催化剂。金属酞菁-碳纳米管对于光催化降解孔雀石绿(MG)和催化氧化苯乙烯生成环氧苯乙烷均有良好的活性。催化机理表明金属酞菁负载在MWCNTs后有效减少了金属酞菁的聚集现象,提高了其催化活性。(2)通过化学接枝法成功合成了ZnTAPc-MWCNTs复合材料。并进行了XRD,TEM,UV-vis等表征,结果表明碳纳米管的加入能有效地缩小金属酞菁的尺寸,多壁碳纳米管的加入增加了ZnTAPc的分散性,有效减少了酞菁的聚合,使催化剂对有机染料(罗丹明B)RB和(甲基橙)MO都有较好的降解效率且该催化剂的循环使用效率良好。此外,ZnTAPc-MWCNTs对苯乙烯氧化得到环氧苯乙烷有良好的催化活性。(3)以多壁碳纳米管(MWCNTs)为原料,用乙醇为溶剂,采用原位溶剂热法可以得到ZnPc/MWCNTs复合光催化剂,ZnPc/MWCNTs复合材料拥有更好的可见光响应能力。ZnPc/MWCNTs的光催化性能评估表明,在使用ZnPc/MWCNTs复合光催化剂时,MG和RB的降解率明显提升,且三次循环后对RB依然保持了超过85%的光催化效率。
【关键词】：酞菁染料 合成 碳纳米管 复合催化剂
【学位授予单位】：常州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB33
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 酞菁的介绍12-13
• 1.2.1 酞菁的分类13
• 1.3 酞菁的基本结构13-14
• 1.4 酞菁的合成及提纯方法14-16
• 1.4.1 金属酞菁及其衍生物的合成14-16
• 1.5 酞菁的应用16-17
• 1.6 金属酞菁染料及其衍生物的催化性能研究17
• 1.7 碳纳米管17-18
• 1.7.1 碳纳米管的介绍17-18
• 1.7.2 碳纳米管的研究现状18
• 1.8 负载型酞菁的催化性能研究及其应用18-19
• 1.9 苯乙烯催化现状19
• 1.10 本论文的主要研究工作19-21
• 2 不同类型取代基钴和锌酞菁的合成21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-27
• 2.2.1 试剂与仪器21
• 2.2.2 金属酞菁前驱体的合成21-23
• 2.2.2.1 3-(对叔丁基苯氧基)邻苯二甲腈的合成21-22
• 2.2.2.2 3-(异戊氧基)邻苯二甲腈的合成22-23
• 2.2.3 不同金属酞菁及其衍生物的合成23-27
• 2.2.3.1 无取代金属酞菁的合成23-24
• 2.2.3.2 四硝基金属酞菁的合成24-25
• 2.2.3.3 四(对叔丁基苯氧基)金属酞菁的合成25-26
• 2.2.2.4 四(3-异戊氧基)金属酞菁的合成26
• 2.2.2.6 ZnTAPc的合成路线及步骤26-27
• 2.3 不同金属酞菁的紫外光谱27-28
• 2.4 小结28-29
• 3 超声浸渍法合成金属酞菁-碳纳米管染料及其催化性能的研究29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-32
• 3.2.1 试剂与仪器29-30
• 3.2.2 碳纳米管的酸化处理30-31
• 3.2.3 超声浸渍法制备金属酞菁-碳纳米管复合材料31
• 3.2.4 金属酞菁-碳纳米管复合材料的催化性能研究31-32
• 3.2.4.1 光催化实验31
• 3.2.4.2 苯乙烯氧化反应31-32
• 3.3 结果与讨论32-42
• 3.3.1 XRD图谱32-33
• 3.3.2 TEM图谱33-34
• 3.3.3 FE-SEM图谱34
• 3.3.4 Raman图谱34-35
• 3.3.5 热重分析35-36
• 3.3.6 FT-IR分析36-37
• 3.3.7 固体紫外漫反射光谱（UV-DRS）37-38
• 3.3.8 光催化活性实验38-40
• 3.3.9 苯乙烯催化氧化实验40-42
• 3.3.9.1 溶剂的选择40
• 3.3.9.2 不同金属酞菁-碳纳米管催化剂的比较40-42
• 3.3.9.3 反应机理研究42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 化学接枝法合成金属酞菁-碳纳米管及其催化性能的研究44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 实验部分44-47
• 4.2.1 试剂与仪器表44-45
• 4.2.2 碳纳米管的预处理45
• 4.2.3 ZnTAPc-MWCNTs的合成路线及步骤45-46
• 4.2.4 光催化实验46-47
• 4.2.5 苯乙烯氧化反应47
• 4.3 结果与讨论47-58
• 4.3.1 XRD图谱47-48
• 4.3.2 UV-vis图谱48
• 4.3.3 Raman图谱48-49
• 4.3.4 TEM图像49-50
• 4.3.5 FE-SEM图像50-51
• 4.3.6 FT-IR 光谱51-52
• 4.3.7 TGA分析52-53
• 4.3.8 光催化活性实验53-55
• 4.3.9 ZnTAPc-MWCNTs重复性实验55-56
• 4.3.10 反应机理研究56-58
• 4.3.11 苯乙烯氧化催化反应58
• 4.4 本章小结58-60
• 5. 原位溶剂热法合成金属酞菁-碳纳米管染料及其催化性能的研究60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 实验部分60-63
• 5.2.1 试剂与仪器60-61
• 5.2.2 原位锌酞菁的合成61-63
• 5.3 结果与讨论63-68
• 5.3.1 XRD图谱63
• 5.3.2 FT-IR图谱63-64
• 5.3.3 UV-vis DRS分析64-65
• 5.3.4 TGA分析65-66
• 5.3.5 Raman图谱66
• 5.3.6 TEM图66-67
• 5.3.7 SEM图67-68
• 5.4 光催化活性实验68-71
• 5.5 本章小结71-72
• 6. 结论72-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间研究成果78-79
• 附录79-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈日耀;陈震;郑曦;陈晓;张娟灵;;八羧基铜酞菁修饰海藻酸钠阳膜层制备 CuPc(COOH)_8-SA/mCS双极膜及其表征[J];无机化学学报;2009年12期

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5 任春生,夏静芬,邓杏娣,应敏;四氨基镍酞菁在金电极上成膜过程的研究[J];工业催化;2004年03期

6 康天放,沈国励,俞汝勤;电聚合四氨基酞菁金属配合物修饰的碘离子化学传感器[J];五邑大学学报(自然科学版);2000年04期

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1 魏少华;可溶性酞菁的合成、性质与光动力活性研究[D];上海交通大学;2006年

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