原子精确的金纳米簇在光催化过程中作为共催化剂的性能研究
发布时间：2021-10-23 10:54
能源危机和环境污染是当今世界人类面临的两大难题。人工光合作用,实现太阳能向化学能的转化,是解决能源与环境问题的理想途径之一。原子精确的金纳米簇（Au NCs）,具有分立的、类分子的能级结构。随着金原子数目和纳米簇三维结构的改变,金纳米簇家族的能级结构会相应改变,在紫外-可见范围内表现出光学吸收,具有纳秒到微秒量级可调的光致发光寿命,以及传统的金纳米粒子无法比拟的丰富的氧化还原态。因此,金纳米簇在太阳能转化领域兼具光敏剂和共催化剂的功能。然而,在反应条件下纳米簇结构因参与氧化还原过程而导致的化学键断裂,金属聚集等稳定性问题一直以来制约着金纳米簇在催化领域的应用。因此,如何维持纳米簇结构的光化学稳定性,发挥其独特的电子性质,是金纳米簇家族在太阳能转化领域广泛应用的关键。本论文以纳米簇家族明星材料-水溶性Au25（SG）18为研究对象,采用多孔ZIF-8载体组装并辅以Ti O2半导体保护层的方式,解决了金纳米簇因失去配体保护而聚集的瓶颈问题;进一步以金纳米粒子作为参照,研究了纳米金作为光催化反应助催化剂时其粒子尺寸对反应性能的...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
半导体光催化反应机理示意图
华南理工大学硕士学位论文4图1-2金属络合物光催化转化还原猝灭途径示意图。Figure1-2Schematicoftheproposedmechanismofmetalcomplexphotocatalyticconversionreductionquenchingpathway.1.3光催化材料研究进展光催化体系主要分为俩大类：1）均相催化反应，即催化剂和反应物处于一相，没有因存在界面而进行的反应。均相催化剂主要是过渡金属配合物；2）异相催化反应，即需要使用不同于反应物的催化过程，催化通常是在固相，而反应物是在气相或液相。均相催化往往要依赖pH值，且再次回收利用难、对环境污染大，异相催化剂则可以在更广泛的pH内反应，再次回收利用简单。另外，超过80%的催化反应都涉及到了异相催化剂[10]。本节主要讨论异相催化剂半导体材料的研究进展。1.3.1金纳米簇在光催化领域的应用1.3.1.1金纳米簇自从金胶体化学研究开始以来，金纳米粒子（AuNPs）的光学性质便吸引了化学家注意[11,12]。当尺寸在5nm到20nm之间时，Au在520nm处会出现光学吸收，即表面等离子体共振效应（LSPR）。随着纳米颗粒尺寸的减小，吸收信号逐渐蓝移至消失。这
华南理工大学硕士学位论文6图1-3由硫醇配体保护的Au簇种类的总结图（由于空间限制，只展示出来了部分金簇）。橘色是Au原子，红色是S原子，没有画出C和H原子。Figure1-3Summaryofgoldclusterspeciesprotectedbymercaptanligands(onlypartialclustersareshownduetorestrictedspace);Organic-Au,red-S.在不同尺寸的Au纳米团簇中，Au25NCs因有趣的物理化学性质、光学性质和催化方面的潜能而备受关注。值得一提的是Au25(SR)18的结构与表面的配体的种类（SR=SC6H13，SC12H25，SG）无关[18]。如图1-4所示，Au25(SG)18是以二十面体的Au13为核心，外层是12个Au原子组成的壳，也可以看出是6个-S-Au-S-Au-S-组成的外壳来保护内核Au13，同时，也可以视为2层壳的结构即Au1（内核）/Au12（壳1）/Au12（壳2），其中壳里的24个Au原子会跟GSH配位[19]。相对于Au10(SG)10、Au15(SG)13、Au22(SG)16，Au25(SG)18独特的核壳结构令其具有更高的稳定性，室温下在水中储存两周依然有较好的稳定性。同时，Au25(SG)18具有良好的生物相容性和低毒等优点，在细胞标记、光疗、生物传感等生物领域具有广阔的应用前景[20-22]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双配体稳定的金纳米簇荧光检测生物硫醇[J]. 盛玉豪,刘慧霞,肖艳,张修华,王升富. 湖北大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]金属酞菁光复合催化剂的制备及光催化性能研究[J]. 马敏娟,张改,杨胜科. 应用化工. 2018(09)
[3]廉价金属催化剂可见光催化还原CO2的研究[J]. 张骏宵,胡长英,陈啊聪,卞兆勇. 北京师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]单分散水溶性金纳米团簇的制备及表征[J]. 张明,王帅帅,朱罕,杜明亮. 无机化学学报. 2015(10)
本文编号：3453059
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
半导体光催化反应机理示意图
华南理工大学硕士学位论文4图1-2金属络合物光催化转化还原猝灭途径示意图。Figure1-2Schematicoftheproposedmechanismofmetalcomplexphotocatalyticconversionreductionquenchingpathway.1.3光催化材料研究进展光催化体系主要分为俩大类：1）均相催化反应，即催化剂和反应物处于一相，没有因存在界面而进行的反应。均相催化剂主要是过渡金属配合物；2）异相催化反应，即需要使用不同于反应物的催化过程，催化通常是在固相，而反应物是在气相或液相。均相催化往往要依赖pH值，且再次回收利用难、对环境污染大，异相催化剂则可以在更广泛的pH内反应，再次回收利用简单。另外，超过80%的催化反应都涉及到了异相催化剂[10]。本节主要讨论异相催化剂半导体材料的研究进展。1.3.1金纳米簇在光催化领域的应用1.3.1.1金纳米簇自从金胶体化学研究开始以来，金纳米粒子（AuNPs）的光学性质便吸引了化学家注意[11,12]。当尺寸在5nm到20nm之间时，Au在520nm处会出现光学吸收，即表面等离子体共振效应（LSPR）。随着纳米颗粒尺寸的减小，吸收信号逐渐蓝移至消失。这
华南理工大学硕士学位论文6图1-3由硫醇配体保护的Au簇种类的总结图（由于空间限制，只展示出来了部分金簇）。橘色是Au原子，红色是S原子，没有画出C和H原子。Figure1-3Summaryofgoldclusterspeciesprotectedbymercaptanligands(onlypartialclustersareshownduetorestrictedspace);Organic-Au,red-S.在不同尺寸的Au纳米团簇中，Au25NCs因有趣的物理化学性质、光学性质和催化方面的潜能而备受关注。值得一提的是Au25(SR)18的结构与表面的配体的种类（SR=SC6H13，SC12H25，SG）无关[18]。如图1-4所示，Au25(SG)18是以二十面体的Au13为核心，外层是12个Au原子组成的壳，也可以看出是6个-S-Au-S-Au-S-组成的外壳来保护内核Au13，同时，也可以视为2层壳的结构即Au1（内核）/Au12（壳1）/Au12（壳2），其中壳里的24个Au原子会跟GSH配位[19]。相对于Au10(SG)10、Au15(SG)13、Au22(SG)16，Au25(SG)18独特的核壳结构令其具有更高的稳定性，室温下在水中储存两周依然有较好的稳定性。同时，Au25(SG)18具有良好的生物相容性和低毒等优点，在细胞标记、光疗、生物传感等生物领域具有广阔的应用前景[20-22]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双配体稳定的金纳米簇荧光检测生物硫醇[J]. 盛玉豪,刘慧霞,肖艳,张修华,王升富. 湖北大学学报(自然科学版). 2019(05)
[2]金属酞菁光复合催化剂的制备及光催化性能研究[J]. 马敏娟,张改,杨胜科. 应用化工. 2018(09)
[3]廉价金属催化剂可见光催化还原CO2的研究[J]. 张骏宵,胡长英,陈啊聪,卞兆勇. 北京师范大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]单分散水溶性金纳米团簇的制备及表征[J]. 张明,王帅帅,朱罕,杜明亮. 无机化学学报. 2015(10)
本文编号：3453059
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