卟啉—二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其对光催化活性影响的研究

发布时间：2017-09-03 14:00

  本文关键词：卟啉—二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其对光催化活性影响的研究

  更多相关文章： TiO_2 卟啉 铜卟啉 光催化剂 光催化降解 4-NP

【摘要】：近年来,环境污染问题是人类面临的重要难题,特别是废水中各种染料的处理。而光催化半导体TiO_2已经被认为是解决这个问题的一种绿色技术,这种方法也已经成为了大家讨论的焦点。但TiO_2的禁带宽度Eg=3.2eV,在可见光下难被激发,其光生电子与空穴复合率较高,这些都严重限制了它的进一步应用。目前多种办法已经被用于改善这个问题,其中染料敏化TiO_2的方法廉价、方便、有效。卟啉分子具有离域的共轭大环,在可见光区有强的吸收带(400-450nm的Soret带和500-700nm的Q带),光热稳定性好,且与TiO_2之间的能级较为匹配。因此卟啉敏化TiO_2可以有效的提高TiO_2的光催化活性,其复合光催化剂的制备将具有深远的意义。本论文合成了4种卟啉,首先合成5,10,15,20-四-(3-乙酯基亚甲氧基)苯基卟啉(H_2TEPp),5,10,15,20-四-(3-乙酯基亚甲氧基)苯基铜卟啉(CuTEPp),然后将它们水解便可得到5,10,15,20-四-(3-羧基亚甲氧基)苯基卟啉(H_2TCPp),5,10,15,20-四-(3-羧基亚甲氧基)苯基铜卟啉(CuTCPp),最后对制得的化合物进行了UV-vis、FT-IR、 EA、MS、JHNMR等表征,确定相应的分子结构。采用两种不同的方法制备了卟啉敏化的复合光催化剂,一种是“两步法”,即以P25为原料先制备TiO_2纳米棒,然后用合成的4种卟啉分别敏化TiO_2纳米棒,制备四种光催化剂H_2TEPp/Ti02, CuTEPp/TiO_2, H_2TCPp/Ti02, CuTCPp/TiO_2;另一种是“一步法”即以钛酸四丁酯为钛源,卟啉作为敏化剂,在钛酸四丁酯水解生成TiO_2的同时于与卟啉进行复合,得到了四种光催化剂H_2TEPp-TiO_2, CuTEPp-TiO_2, H_2TCPp-TiO_2, CuTCPp-TiO_2。对其进行了SEM, TEM, FT-IR, PL, UV-vis DRS, XRD, N2吸附脱附等表征,并通过光催化降解对硝基苯酚(4-NP)的实验评价了它们的光催化活性和稳定性,得出以下结论：(1)在所有的复合光催化剂中,卟啉都能够成功的负载在TiO_2上,且卟啉分子与TiO_2之间通过Ti-O-C=O的键作用相结合,所有的复合光催化剂都具有大的比表面积,这意味着具有更多的活性位点,因而表现出更好的光催化活性。(2)通过“两步法”得到的复合光催化剂的光催化活性都高于商业的P25和纳米棒TiO_2,其中CuTCPp/TiO_2的光催化活性和稳定性最好。(3)根据“一步法”筛选出最佳制备条件得到的复合光催化剂都是由均匀的纳米颗粒堆积形成的介孔材料,且具有异质结结构,表现出更好的光催化活性和稳定性,其中CuTCPp-TiO_2的光催化活性和稳定性最好。研究表明,卟啉在TiO_2表面的聚集状态和它们之间的作用力很大程度上影响光催化剂的性能。
【关键词】：TiO_2 卟啉 铜卟啉 光催化剂 光催化降解 4-NP
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 卟啉及金属卟啉的研究进展11-14
• 1.2.1 卟啉及金属卟啉简介11-12
• 1.2.2 卟啉和金属卟啉的合成12-14
• 1.3 卟啉敏化TiO_2的研究进展14-21
• 1.3.1 半导体TiO_2研究进展14-18
• 1.3.2 卟啉敏化TiO_2光催化研究进展18-21
• 1.4 本论文选题目的意义及研究内容21-24
• 第二章 含酯基、羧基卟啉及其铜卟啉的合成与表征24-40
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-30
• 2.2.1 实验仪器25-26
• 2.2.2 实验试剂26
• 2.2.3 酯基卟啉H_2TEPp的合成26-28
• 2.2.4 铜酯基卟啉CuTEPp的合成28-29
• 2.2.5 羧基卟啉H_2TCPp的合成29
• 2.2.6 铜羧基卟啉CuTCPp的合成29-30
• 2.3 结果与讨论30-39
• 2.3.1 合成过程的分析30-31
• 2.3.2 紫外-可见光谱分析31-33
• 2.3.3 质谱分析33-36
• 2.3.4 ~1H-NMR谱分析36-38
• 2.3.5 红外光谱分析38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 纳米棒复合光催化剂MPp/TiO_2的溶剂热制备与表征40-58
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-43
• 3.2.1 实验仪器41
• 3.2.2 实验试剂41
• 3.2.3 TiO_2的制备41-42
• 3.2.4 纳米棒复合光催化剂MPp/TiO_2的制备42
• 3.2.5 光催化剂的活性及其稳定性的测定方法42-43
• 3.3 结果与讨论43-56
• 3.3.1 合成过程分析43-44
• 3.3.2 催化剂形貌的分析44-47
• 3.3.3 固体紫外漫反射光谱的分析47-48
• 3.3.4 XRD的分析48-50
• 3.3.5 N_2-吸附脱附的分析50-51
• 3.3.6 红外光谱的分析51-53
• 3.3.7 荧光光谱分析53-54
• 3.3.8 光催化活性的评价54-55
• 3.3.9 光催化剂稳定性的分析55-56
• 3.3.10 光催化机理的分析56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 新型复合光催化剂MPp-TiO_2的溶剂热制备与表征58-80
• 4.1 引言58
• 4.2 实验部分58-61
• 4.2.1 实验仪器58-59
• 4.2.2 实验试剂59
• 4.2.3 不同条件下MPp-TiO_2的制备59-61
• 4.3 结果与讨论61-78
• 4.3.1 合成过程分析61-62
• 4.3.2 复合光催化剂形貌的分析62-65
• 4.3.3 XRD的分析65-69
• 4.3.4 N_2-吸附脱附的分析69-70
• 4.3.5 红外光谱的分析70-72
• 4.3.6 固体紫外漫反射光谱的分析72-74
• 4.3.7 荧光光谱分析74-75
• 4.3.8 光催化活性的分析75-76
• 4.3.9 光催化剂稳定性的分析76-77
• 4.3.10 光催化机理的分析77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 工作总结80
• 5.2 工作展望80-82
• 参考文献82-95
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果95-96
• 致谢96

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4 徐W，

本文编号：785385