环三磷腈衍生物的合成及其光催化性能研究

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环境污染的控制和治理是当今世界普遍面临且亟待解决的问题之一。选择和开发高效、环保、经济的催化剂来降解污染物,又成为治理环境污染的关键。近年来,学者对半导体金属氧化物进行了深入的研究,制备了不同种类和形貌的催化剂,在光的作用下,取得了较好的催化降解效果。常见的金属氧化物有:ZnO,CuO,WO3,SnO2等,其中尤以TiO2研究最为广泛,堪称光催化领域的明星分子。除了上述催化剂外,其它类型的催化剂如等离子体光催化剂、石墨烯半导体催化剂、以及Carbon Nitride(C3N4)等,同样受到研究领域的追捧。其中Carbon Nitride(C3N4)是一种新型的材料,因为只涉及到C和N,是一种纯粹的非金属催化剂而成为当前的一个研究热点。本文以六氯环三磷腈为核,制备含有不同比例四唑和噁二唑官能团的环三磷腈共价交联的衍生物,通过红外分析(FT-IR)和X射线光电子能谱分析(XPS)确定了其结构;利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)着重分析了所合成的催化剂的微观形貌;并利用热重分析,考察了催化剂的热稳定性。并以亚甲基蓝为模拟污染物,探讨了这几种催化剂,在氙灯光强为30amps照射下,催化降解的效果。为后续合成更为高效、经济的非金属催化剂提供一些基础性信息,具体的实现步骤如下:首先是中间体的合成,本论文以六氯环三磷腈为基础,通过亲核取代反应,合成了六(4-腈基苯氧基)环三磷腈(H1),并通过FT-IR和核磁氢谱(1H-NMR)、磷谱(31P-NMR)确定了其结构。然后再以H1为原料合成了最为关键的六(4-四唑基苯氧基)环三磷腈(H2),同样通过FT-IR、1H-NMR和31P-NMR对其结构进行表征,多角度的说明已合成目标产物。其次,通过H2与对苯二甲酰氯和均苯三甲酰氯反应合成了三种交联度不同的共价产物。SEM结果表明:这些交联产物,具有较大的比表面积,且交联产物具有类珊瑚状的空间结构和突起,这也为其做为催化剂,提供了一个必要的前提。TEM结果显示:所合成的交联产物,成碎片状的薄膜。最后,本论文利用合成的交联产物作为催化剂,对不同浓度的亚甲基蓝进行了模拟降解,并和(H1)、六(4-(5-苯基-1,3,4-噁二唑基)苯氧基)环三磷腈以及这两种物质在质量比1:1情况下的催化效果进行了对比。结果发现:以交联产物的光降解效果最好。这不仅和催化剂所含官能团有关,并且和它们之间的协同有关,更为重要的是催化剂所形成的空间结构。通过以上的工作进一步证实了:催化剂的效果是多方面因素所决定的。本论文通过控制反应的物料比得到了不同的交联产物,实现了一定的催化效果。后续此项研究将在调整交联产物桥连官能团之间的距离和类型,实现空间结构上的变化;其次将在探讨反应的机理上继续努力。非金属催化剂,作为一种新型的催化剂,以其高效安全的特性,势必成为未来催化领域的焦点。
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