取代卟啉-TiO2光催化性能的研究.pdf

1、卟啉化合物已經(jīng)引起了人們的興趣,不但是因為卟啉化合物在400-450nm(S帶)和500-700nm(Q帶)有很強的吸收,而且是因為卟啉-TiO2光催化劑對環(huán)境和人體無害。卟啉-TiO2由于能夠?qū)⑽鬯锏挠袡C污染物降解成水和二氧化碳用來進行污水處理。然而,卟啉-TiO2光催化劑還存在許多有待進一步探索的科學基本原理,例如:卟啉化合物激發(fā)態(tài)的電子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及弛豫機制。對這些問題的深入研究,將為設(shè)計和制備性能更優(yōu)越的光催化劑材料提供重要的

2、理論基礎(chǔ);因此,對卟啉化合物激發(fā)態(tài)動力學研究有助于理解光催化作用的基本機理,隨著理論及實驗手段的豐富和發(fā)展,化學家對其的理解和認識逐漸深入,但是目前最先進的飛秒超快時間分辨激光技術(shù)仍無法探明激發(fā)態(tài)分子最初零-幾十飛秒Franck-Condon區(qū)域的動力學即短時動力學,以量子波包理論為基礎(chǔ)的共振拉曼光譜技術(shù)在研究短時動力學方面有其獨特之處。
　　 本研究合成出具有特定結(jié)構(gòu)的一系列卟啉配合物將其負載在TiO2表面,形成卟啉-TiO2

3、光敏催化劑,并在可見光照射條件下利用其對水溶液中亞甲基藍的不同降解效果,探討了卟啉結(jié)構(gòu)對催化劑催化效果的影響并采用共振拉曼光譜技術(shù)研究了卟啉化合物Franck-Condon區(qū)域的激發(fā)態(tài)短時動力學特征,取得了一些有意義的研究成果。主要內(nèi)容包括：⑴在參考文獻的基礎(chǔ)上,合成了四苯基銅卟啉、四苯基鎳卟啉、四-(對羧基苯基)卟啉和四-(對羧基苯基)銅卟啉并通過紫外吸收光譜、傅里葉紅外光譜、核磁共振圖譜和傅里葉拉曼光譜進行了表征,圖譜數(shù)據(jù)與文獻報道

4、數(shù)據(jù)一致。⑵合成了卟啉和金屬卟啉敏化TiO2光敏催化劑通過傅罩葉紅外光譜(FF-IR)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)進行了表征;并利用其對水溶液中的亞甲基藍光降解實驗,分別對四苯基銅卟啉和四苯基鎳卟啉,四-(對羧基苯基)卟啉和四-(對羧基苯基)銅卟啉的催化效果進行比較,發(fā)現(xiàn)配位金屬對催化效果起重要作用。⑶測得了四苯基銅卟啉和四苯基鎳卟啉在二氯甲烷溶液中激發(fā)波長為397.9n

5、m,416nm和438.5nm共振拉曼光譜,結(jié)合TD-DFT計算和四軌道模型理論對電子吸收帶進行了歸屬。共振拉曼光譜表明,四苯基金屬卟啉Franck-Condon區(qū)域的短時動力學主要沿著苯環(huán)上C=C的對稱伸縮振動、Cβ=Cβ伸縮振動、吡咯呼吸振動,變形振動和吡咯二分之一環(huán)振動展開。⑷測得了四-(對羧基苯基)卟啉和四-(對羧基苯基)銅卟啉在四氫呋喃溶液中激發(fā)波長為397.9nm、416nm和438.5nm共振拉曼光譜,并結(jié)合TD-DFT計