仿生多巴胺在光催化和光引发聚合中的应用研究

发布时间：2021-04-23 22:07

多巴胺(DA)是一种生物分子,其最常被使用的形式是盐酸盐。多巴胺具有羟基和氨基官能团,所以它具有优异的还原性,且在碱性条件下氧化自聚合生成聚多巴胺。由于聚多巴胺含有儿茶酚和氨基等官能团,所以具有较强的粘附性能,此外,它还具有无毒、生物相容性好、可生物降解等特点,因此被广泛应用于表面修饰、药物传递、催化等领域。在隔绝氧气、UV光照射下,聚多巴胺上的氨基或羟基官能团上能够产生自由基,可以引发一系列丙烯酸类、甲基丙烯酸酯类单体以及苯乙烯聚合。聚多巴胺胶囊由于具有pH响应性和可控的壁厚而引起了广大科研工作者的关注。目前,主要通过软／硬模板制备聚多巴胺胶囊,然而,这些方法需要多步操作且需要使用有机试剂去除模板,限制了聚多巴胺胶囊的应用。而聚合诱导自组装(PISA)技术将聚合、组装过程同时进行,并可以调控聚合物的结构,具有产量高、形貌多样、操作简单易行等优点,引起了科研工作者的极大关注。基于仿生多巴胺化学的优异性,结合共沉淀方法、光引发聚合方法及聚合诱导自组装技术的优势,本论文以寻找更加绿色、温和、简便的方法制备微纳米材料为目的,详细研究了基于仿生多巴胺制备的微纳米材料的结构、性质及功能。具体研究内容如下：第一章：概述了多巴胺的聚合方法；详细讨论了不同形貌的聚多巴胺的制备及其应用；然后简单介绍了光催化(Ag/AgCl、氮化碳)的研究,并阐述了聚合诱导自组装技术的研究现状；最后阐明了论文的选题依据和研究内容。第二章：以多巴胺盐酸盐作为氯源和还原剂,硝酸银溶液作为氧化剂,通过改变反应体系的起始pH值和表面活性剂的浓度,室温下一锅法制备出了一系列形貌、组分可控的Ag@AgCl光催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量分析光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见光谱等手段对所制备的催化剂进行了结构表征；同时研究了光催化剂的催化性能和稳定性。研究结果表明：不同反应pH值所制备催化剂的组分不同,通过光催化降解实验证明了所制备的催化剂具有优异的光催化性能和稳定性能(至少可重复使用15次)。第三章：基于前一章节的技术,利用聚多巴胺优异的粘附性能和良好的电子传输性能,制备出了Ag/AgCl-PDA氮化碳(SPCN)复合光催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、XRD、XPS和紫外可见漫反射(UV-vis DRS)、红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)等手段,结合自由基捕获实验、光致发光光谱(PL)、光电流等实验,研究了所制备的SPCN复合光催化剂。结果表明：结构表征证明了SPCN复合光催化剂的成功制备,降解实验证明了所制备的复合催化剂较CN、Ag/AgCl、 Ag/AgCl-CN具有更好的光催化性能；自由基捕获实验证明了空穴在光降解过程中起主要作用；最终提出了一种可行的反应机理,聚多巴胺作为粘合剂,在不破坏CN原本结构的情况下,既增强了Ag/AgCl与氮化碳之间的作用,避免了二次环境污染,又加速了光生载流子的分离。第四章：结合聚合诱导自组装理念,以多巴胺小分子作为光引发剂,代替PISA中使用的大分子引发剂或链转移剂,在隔绝氧气、UV照射条件下引发苯乙烯单体聚合,利用聚苯乙烯链段的疏水性、多巴胺的水溶性和多巴胺在碱性条件的氧化自聚合,成功制备了形貌均一的聚多巴胺胶囊。通过透射电子显微镜(TEM)、SEM、TGA等手段对结构进行了表征；结果表明通过改变DA和苯乙烯浓度可以调节胶囊的形貌和尺寸,碳化后的聚多巴胺胶囊表现为中空结构且具有较好的氧还原反应(ORR)性能。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.5;O643.3

文章目录

摘要

Abstract

附表中英文对照及缩写

第一章文献综述

1.1 引言

1.2 聚多巴胺概述

1.2.1 聚多巴胺的制备方法

1.2.2 不同形貌聚多巴胺的制备

1.2.3 聚多巴胺在表面接枝中的应用

1.3 光催化技术

1.3.1 半导体光催化原理

1.3.2 等离子体Ag/AgCl光催化剂

1.3.3 有机半导体氮化碳光催化剂

1.4 光引发聚合研究概述

1.5 聚合诱导自组装研究现状

1.6 立题依据及研究内容

第二章多巴胺辅助一步法制备形貌、组分可调的Ag@AgCl光催化剂

2.1 引言

2.2 实验材料及仪器

2.2.1 实验药品及试剂

2.2.2 实验仪器

2.3 实验部分

2.3.1 P-Ag@AgCl纳米光催化剂的制备

2.3.2 产物的结构表征

2.3.3 催化剂的光催化性能评价

2.4 结果与讨论

2.4.1 纳米光催化剂的结构表征

2.4.2 纳米光催化剂的性能评价

2.4.3 光催化机理的探讨

2.5 本章小结

第三章多巴胺化学辅助的Ag/AgCl/氮化碳的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验材料及仪器

3.2.1 实验药品及试剂

3.2.2 实验仪器

3.3 实验部分

3.3.1 氮化碳（CN）的合成

3.3.2 SPCN复合光催化剂的制备

3.3.3 复合催化剂的表征

3.3.4 光催化性能的评价

3.4 结果与讨论

3.4.1 催化剂的结构表征

3.4.2 光催化活性评价

3.4.3 光催化机理的研究

3.5 本章小结

第四章光引发聚合诱导自组装制备聚多巴胺胶囊及其应用研究

4.1 引言

4.2 实验材料及仪器

4.2.1 实验药品及试剂

4.2.2 实验仪器

4.3 实验部分

4.3.1 光引发聚合诱导自组装制备聚多巴胺胶囊

4.3.2 聚多巴胺胶囊的碳化

4.3.3 产物的结构表征

4.3.4 电化学性能测试

4.4 结果与讨论

4.4.1 聚多巴胺胶囊的结构表征

4.4.2 电化学性能测试

4.5 本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简介

致谢

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