二氧化钛基材料选择性光催化氧化的研究
发布时间：2021-07-23 04:53
在药物合成和化工生产中,亚胺作为重要的中间体,有着广泛的应用。而在传统的胺与羰基化合物缩合的工艺上,由于羰基化合物非常活泼,难以得到理想的产率,因此寻找反应条件温和,选择性高且易于分离和循环性能良好的异相催化剂成为人们关注的焦点。TiO2作为半导体光催化的载体材料,能在光反应条件下选择性氧化苄胺生成亚胺,成为主要的备选催化剂。然而,较大的带隙宽度使TiO2只能在紫外光的条件下展现出光催化活性,大大限制了其在实际生产中的应用。在TiO2改性方面,将光敏分子负载到其表面上,不仅能拓宽TiO2吸收波长,还能显著提高材料的催化活性。在这里,我们将两种不同类型的光敏分子负载到TiO2表面,以可见光照射为反应条件,构建了以苄胺选择性转化为亚胺的反应体系。具体的研究成果如下:（1）采用金纳米簇作为光敏剂负载到TiO2表面的策略,在紫光LED灯照射下,实现了苄胺到相应亚胺的转化。用加热还原法合成出谷胱甘肽保护的金纳米簇（Au-GSH）,并用浸渍法将其负载到TiO2上,得到了 Au-GSH-TiO2复合材料。以紫光LED灯为光源,直接利用空气中的氧气为氧化剂,构建了从亚胺选择性转化为苄胺的反应体系。研究...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１二氧化钛晶胞的堆积方式（ａ）金红石?（ｂ）锐钛矿（ｃ）板钛矿?（ｄ）?Ｔｉ０２－Ｂ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ?ｆｏｒｍ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ｄｉｏｘｉｄｅ?ｃｅｌｌｓ?（ａ）?ｒｕｔｉｌｅ?（ｂ）?ａｎａｔａｓｅ?（ｃ）?ＴｉＯ：－Ｂ??１．２二化钛光催化机理??
硕士学位论文??ＭＡＳＴｈＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??成方法及其基本原理。??ＢｍＷｍＩ??ｉｓｆｆｉｓｉ?丨?ｍｉ??图１．４各式各杼纳米二氣化钛粒子的形貌??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｖａｒｉｅｄ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ＴｉＯ：?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ??１．３．１溶胶－凝胶法??一般情况下，溶胶－凝胶法以无机金属盐或金属有机化合物作为前体并将其水??解和聚合。随着聚合反应的完成和部分溶剂的挥发，逐步完成从液态溶胶到固态??凝胶的相变，再通过旋转涂层或浸溃涂层的方法在基片上形成薄膜，或者在适当??的粘度下，通过抽丝形成陶瓷纤维１Ｈ。??以钛薛盐为前驱体，采用溶胶凝胶法能制备合成Ｔｉ０２纳米材料。首先经过酸??催化水解钛醇氧基，然后发生缩合反应。反应体系中较低的含水量、较高的钛醇??盐含量和较低的水解速率有利于钛氧钛链的形成，随着链长的延伸，最终形成紧??密堆积的三维聚合骨架结构，并且由于温度对溶解粘度和二氧化钛的平衡浓度影??响较大，温度越高，所形成ＴｉＯ：晶枝越粗Ｉ气??１．３．２胶束法和反胶束法??一般来说，胶束（反胶束）尺寸在１－１００?ｎｍ之间，能为ＴｉＯ］形成和生长提??供场所，形成纳米材料。在形成过程中，ＴｉＯ：纳米颗粒的尺寸大小和分布取决于??表面活性剂浓度、钛前驱体浓度、进料速度和反应温度等。通过此方法，可以合??成出直径为丨０－２０?ｎｍ的无定型纳米ＴｉＯ：，在６００?°Ｃ下转变为锐钛矿，在９００?°Ｃ??下转变为热力学上更稳定的金红石ｉ：４１。??１．３．３水热合成法和溶剂热法??水热合成法是一种在水溶液中合成的方法，将水溶液倒入聚四氟乙烯内衬，??用高压钢制反应釜封装，
ｗ士学位论文??ＭＡＳＴＨＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??用加热的方法去除表面有机配体，形成更紧密的肖特基界面。相较于传统的还原??剂沉积负载和光照还原沉积负载，具有金纳米粒子粒径和可控的特点。在这些共??同因素的作用下，形成的复合物比由传统方法合成的光催化性能更优异，染料降??解和水解产氢速率都更高。??Ｅ－ｆｉｅｌｄ＾ｙｙ＾?Ｍｅｔａｌ??Ａ?Ｉ?Ｌ＞１?ｓｐｈｅｒｅ?４??ｅ?ｃｌｏｕｄ??图１．５贵金属表面等离了？共振效应??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｐｌａｓｍｏｎ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｎｏｂｌｅ?ｍｅｔａｌｓ??１．４．２金属氣化物负载??金属氧化物由于路易斯酸碱中心的存在，负载到二氧化钛后，能加快气体或??其他底物与二氧化钛的吸附，增加吸附率。在特定的光催化反应体系中，金属氧??化物的酸碱中心能提供反应位点，提升反应的选择性和转化率。同时研宂发现，??有些金属氧化物能促进二氧化钛空穴电子对的分离和减少其复合率，增加复合材??料的吸光范围和吸光度，促进光催化反应。大多数金属氧化物廉价和普遍存在，??结构稳定，能长期循环使用，有利于大规模生产使用［４｜】。??Ｌｉ＾等利用浸渍烧结的方法合成出ＭｇＯ负载的二氧化钛纳米管，发现ＭｇＯ??具有增强二氧化钛和Ｃ０２吸附结合和促进空穴电子对分离的双重作用，显著提高??了材料在光照条件下将Ｃ０２转化为甲醇的选择性和转化率。ＤｅｓｐｒｅｓＩ４３】等将ＢａＯ??负载到丁幻：上，负载后的复合材料在光催化还原大气污染物Ｎ０Ｘ上性能优异。这??是由于ＢａＯ的路易斯酸碱中心有利于ＮＯｘ的吸附，并且Ｔｉ－Ｂａ之间的相互作用又??抑制了?ＢａＳＣＵ的形
本文编号：3298639
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１二氧化钛晶胞的堆积方式（ａ）金红石?（ｂ）锐钛矿（ｃ）板钛矿?（ｄ）?Ｔｉ０２－Ｂ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ?ｆｏｒｍ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ｄｉｏｘｉｄｅ?ｃｅｌｌｓ?（ａ）?ｒｕｔｉｌｅ?（ｂ）?ａｎａｔａｓｅ?（ｃ）?ＴｉＯ：－Ｂ??１．２二化钛光催化机理??
硕士学位论文??ＭＡＳＴｈＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??成方法及其基本原理。??ＢｍＷｍＩ??ｉｓｆｆｉｓｉ?丨?ｍｉ??图１．４各式各杼纳米二氣化钛粒子的形貌??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｖａｒｉｅｄ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ＴｉＯ：?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ??１．３．１溶胶－凝胶法??一般情况下，溶胶－凝胶法以无机金属盐或金属有机化合物作为前体并将其水??解和聚合。随着聚合反应的完成和部分溶剂的挥发，逐步完成从液态溶胶到固态??凝胶的相变，再通过旋转涂层或浸溃涂层的方法在基片上形成薄膜，或者在适当??的粘度下，通过抽丝形成陶瓷纤维１Ｈ。??以钛薛盐为前驱体，采用溶胶凝胶法能制备合成Ｔｉ０２纳米材料。首先经过酸??催化水解钛醇氧基，然后发生缩合反应。反应体系中较低的含水量、较高的钛醇??盐含量和较低的水解速率有利于钛氧钛链的形成，随着链长的延伸，最终形成紧??密堆积的三维聚合骨架结构，并且由于温度对溶解粘度和二氧化钛的平衡浓度影??响较大，温度越高，所形成ＴｉＯ：晶枝越粗Ｉ气??１．３．２胶束法和反胶束法??一般来说，胶束（反胶束）尺寸在１－１００?ｎｍ之间，能为ＴｉＯ］形成和生长提??供场所，形成纳米材料。在形成过程中，ＴｉＯ：纳米颗粒的尺寸大小和分布取决于??表面活性剂浓度、钛前驱体浓度、进料速度和反应温度等。通过此方法，可以合??成出直径为丨０－２０?ｎｍ的无定型纳米ＴｉＯ：，在６００?°Ｃ下转变为锐钛矿，在９００?°Ｃ??下转变为热力学上更稳定的金红石ｉ：４１。??１．３．３水热合成法和溶剂热法??水热合成法是一种在水溶液中合成的方法，将水溶液倒入聚四氟乙烯内衬，??用高压钢制反应釜封装，
ｗ士学位论文??ＭＡＳＴＨＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??用加热的方法去除表面有机配体，形成更紧密的肖特基界面。相较于传统的还原??剂沉积负载和光照还原沉积负载，具有金纳米粒子粒径和可控的特点。在这些共??同因素的作用下，形成的复合物比由传统方法合成的光催化性能更优异，染料降??解和水解产氢速率都更高。??Ｅ－ｆｉｅｌｄ＾ｙｙ＾?Ｍｅｔａｌ??Ａ?Ｉ?Ｌ＞１?ｓｐｈｅｒｅ?４??ｅ?ｃｌｏｕｄ??图１．５贵金属表面等离了？共振效应??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｐｌａｓｍｏｎ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｎｏｂｌｅ?ｍｅｔａｌｓ??１．４．２金属氣化物负载??金属氧化物由于路易斯酸碱中心的存在，负载到二氧化钛后，能加快气体或??其他底物与二氧化钛的吸附，增加吸附率。在特定的光催化反应体系中，金属氧??化物的酸碱中心能提供反应位点，提升反应的选择性和转化率。同时研宂发现，??有些金属氧化物能促进二氧化钛空穴电子对的分离和减少其复合率，增加复合材??料的吸光范围和吸光度，促进光催化反应。大多数金属氧化物廉价和普遍存在，??结构稳定，能长期循环使用，有利于大规模生产使用［４｜】。??Ｌｉ＾等利用浸渍烧结的方法合成出ＭｇＯ负载的二氧化钛纳米管，发现ＭｇＯ??具有增强二氧化钛和Ｃ０２吸附结合和促进空穴电子对分离的双重作用，显著提高??了材料在光照条件下将Ｃ０２转化为甲醇的选择性和转化率。ＤｅｓｐｒｅｓＩ４３】等将ＢａＯ??负载到丁幻：上，负载后的复合材料在光催化还原大气污染物Ｎ０Ｘ上性能优异。这??是由于ＢａＯ的路易斯酸碱中心有利于ＮＯｘ的吸附，并且Ｔｉ－Ｂａ之间的相互作用又??抑制了?ＢａＳＣＵ的形
本文编号：3298639
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3298639.html
教材专著
