系列功能化卟啉组装体的自导向组装及其光催化制氢性能研究

发布时间：2017-04-12 00:11

  本文关键词：系列功能化卟啉组装体的自导向组装及其光催化制氢性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属卟啉是一类重要的有机大环配体,具有高度共轭的平面结构和生色基团,是性能优异的光敏材料,在光电器件、催化、分子识别等不同领域有广泛应用,引起了国内外研究者的关注。而以金属卟啉为结构单元构筑的组装体不仅具有良好的热稳定性和化学稳定性,更兼具金属卟啉优异的物理和化学性能,在光电器件、催化和传感器领域有潜在的应用前景。本文旨在以金属卟啉为结构单元合成具有特殊反应活性的新型金属卟啉单体,并利用其轴向与周边取代基的反应活性进行自导向组装,构建光电转换效率高而且稳定的功能化金属卟啉组装体,研究其光催化制氢性能并探讨卟啉环中心金属离子的种类对卟啉组装体光催化制氢活性的影响。主要研究内容如下：首先,利用四羟基苯基卟啉环中心氮原子与不同氧化数的金属离子配位合成一系列四羟基苯基金属卟啉配合物,并通过紫外可见光谱,红外光谱,质谱,核磁共振谱等手段对所得产物进行表征。其次,利用四羟基苯基金属卟啉与Y-异氰酸丙基三乙氧基硅烷为反应物,通过卟啉中心金属离子和异氰酸根的氮原子轴向配位,同时卟啉周边羟基和异氰酸根在水平方向发生亲核加成反应制备五种新型的卟啉单体分子。通过紫外可见光谱,红外光谱,核磁共振谱和质谱等对反应过程进行监测并对产物组成和结构进行表征。进而,通过控制卟啉单体的水解-聚合反应,促使卟啉单体在水平方向和轴向自导向组装,在不同基底上快速、定向构筑结构、性能稳定,光电活性较高的金属卟啉组装体薄膜。利用小角X射线衍射、原子力显微镜、透射电镜、热重分析、电化学等手段对该卟啉组装体薄膜的微观结构、形貌和性能进行研究。结果表明：γ-异氰酸丙基三乙氧基硅烷与卟啉环中心金属离子的轴向配位保证了卟啉单体在轴向上相互连接,同时有效促进了电子转移,使获得的金属卟啉组装体薄膜具有更高的光电响应和稳定性。最后,以四羟基苯基金属卟啉与γ-异氰酸丙基三乙氧基硅烷为反应物,通过控制反应条件制备了五种金属卟啉组装体,初步研究了组装体的光催化制氢性能,进而探讨了卟啉环中心金属离子对卟啉组装体光催化还原水制氢性能的影响。本论文中涉及的卟啉组装体制备过程简单、方法新颖、条件温和,而且获得的产物光电性能和光催化制氢活性较高,这为其它卟啉组装体的制备和性能研究提供了新的思路。
【关键词】：金属卟啉 组装体 自导向组装 光电性能 光催化
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4;O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 前言11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 卟啉概述11-12
• 1.3 金属卟啉的合成方法12-13
• 1.4 卟啉分子的组装方法13-18
• 1.4.1 自组装法13-15
• 1.4.2 溶剂热法15-17
• 1.4.3 Langmuir-Blodgett(LB)法17
• 1.4.4 Layer-by-Layer(LBL)法17-18
• 1.5 卟啉组装体的应用18-21
• 1.5.1 卟啉组装体在催化方面的应用18-20
• 1.5.2 卟啉组装体在染料敏化太阳能电池方面的应用20
• 1.5.3 卟啉组装体在气体存储及分离方面的应用20-21
• 1.5.4 卟啉组装体在传感器方面的应用21
• 1.6 本论文研究目的与意义21-23
• 第2章 5,10,15,20-四-(4-羟基苯基)金属卟啉单体的合成与表征23-35
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验试剂与仪器24
• 2.2.2 表征仪器24-25
• 2.2.3 5,10,15,20-四-(4-羟基苯基)金属卟啉(MTHPP)的合成25-26
• 2.3 结果与讨论26-34
• 2.3.1 MTHPP的紫外可见光谱分析26-29
• 2.3.2 MTHPP的红外光谱分析29-33
• 2.3.3 飞行时间质谱分析33
• 2.3.4 核磁共振氢谱分析33-34
• 2.4 小结34-35
• 第3章 自导向组装法制备高光活性的卟啉薄膜35-49
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-39
• 3.2.1 实验药品与仪器36-37
• 3.2.2 表征仪器37
• 3.2.3 无水四氢呋喃的制备37
• 3.2.4 SMPCM及其自导向组装膜的制备37-38
• 3.2.5 硅烷化卟啉单体(SPM)和及其自导向组装膜的制备38
• 3.2.6 电化学测试38-39
• 3.3 结果与讨论39-48
• 3.3.1 形貌和组成分析39-40
• 3.3.2 薄膜的组成和结构分析40-46
• 3.3.3 Film 1和Film 2的性能研究46-48
• 3.4 小结48-49
• 第4章 系列金属卟啉组装体的自导向组装及其光催化还原水制氢性能研究49-61
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验部分50-53
• 4.2.1 实验药品与仪器50
• 4.2.2 表征仪器50-51
• 4.2.3 无水四氢呋喃制备51
• 4.2.4 THPP,MTHPP来源51
• 4.2.5 五种硅烷化金属卟啉单体及对应金属卟啉组装体的制备51-53
• 4.2.6 金属卟啉组装体的光催化制氢研究53
• 4.2.7 金属卟啉组装体的电化学性能测试53
• 4.3 结果与讨论53-60
• 4.3.1 金属卟啉组装体的固体漫反射紫外可见光谱分析53-54
• 4.3.2 金属卟啉组装体的傅里叶变换红外光谱分析54-55
• 4.3.3 金属卟啉组装体的形貌及组成分析55-56
• 4.3.4 卟啉组装体的光解水制氢性能研究56-58
• 4.3.5 卟啉组装体的光解水制氢机理研究58-60
• 4.4 小结60-61
• 第5章 总结61-62
• 参考文献62-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士期间所开展的科研项目和发表的学术论文72

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本文编号：300285