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不同外围取代基卟啉和金属卟啉的合成及其修饰TiO2研究

2020-12-11阅读(675)

不同外围取代基卟啉和金属卟啉的合成及其修饰TiO2研究

论文摘要

因为具有高度共轭的结构及特殊的性质,卟啉类大环配合物在染料敏化太阳能电池和修饰Ti02光催化降解有机废水方面都显示了优异的应用前景。在有机废水处理方面,Ti02能够在紫外光照射下,与水中的溶解氧发生作用而产生氧化性极强的羟基自由基（·OH）,几乎能将所有的有机污染物氧化降解。但是,Ti02因为自身吸收阀值的限制,只能吸收紫外光,限制了其在上述研究领域中对太阳光的利用。将卟啉修饰于Ti02表面,能够有效拓展Ti02对太阳光的光谱响应范围,为更好地利用太阳光光催化降解打下基础。同时,通过调节卟啉分子外围的取代基,可以有效地控制其与Ti02表面的相互作用及卟啉分子在可见光范围内的光吸收。鉴于以上原因,本论文合成了六种含有不同取代基及取代基数目不同的自由卟啉：5-（4-羟基苯基）-10,15,20-三苯基卟啉（H2MHTPP）、5,15-（4-羟基苯基）-10,20-二苯基卟啉（H2DHTPP）;5-（4-乙酯基亚甲氧基）苯基-10,15,20-三苯基卟啉（H2METPP）、5,15-二-（4-乙酯基亚甲氧基）苯基-10,20-二苯基卟啉（H2DETPP）;5-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,15,20-三苯基卟啉（H2MCTPP）、5,15-二-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,20-二苯基卟啉（H2DCTPP）。通过自由卟啉与相应的金属醋酸盐反应制备了Cu（II）, Ni（II）, Co（II）, Zn（II）, Mn（III）的金属卟啉,并对所有的卟啉及其金属配合物进行了一系列的结构表征。用含有不同取代基卟啉及其金属卟啉修饰Ti02制备得到“卟啉-Ti02”复合催化剂,测定了不同取代基“铜卟啉-Ti02”复合催化剂的固体紫外吸收光谱、红外光谱、比表面积、高分辨率透射电镜、X射线粉末衍射及X射线光电子能谱,结果表明：复合催化剂中卟啉修饰于Ti02表面,并与Ti02表面存在弱的相互作用,加强了复合催化剂对紫外-可见光的吸收,有利于扩大催化剂对不同光源的光谱响应范围。利用光化学反应仪,在不同光源（汞灯、金卤灯及氙灯）下,利用制备的“卟啉-Ti02”复合催化剂光催化降解4-硝基苯酚溶液。所有光催化反应符合一级反应动力学,计算所有光催化反应的动力学方程,光催化反应速率显示,含有不同取代基及取代基数目不同的“卟啉-Ti02”复合催化剂光催化降解反应最快的催化剂为“一取代羧基金属卟啉-Ti02”复合催化剂。通过对含有相同取代基,不同金属的“卟啉-Ti02复合催化剂”的光催化反应速率及降解效率计算,发现“铜卟啉-Ti02”复合催化剂光催化反应速率和降解效率最高。选取催化活性最高的"Cu（MCTPP）-TiO2"复合催化剂长时间使用,发现其稳定性良好,为“卟啉-Ti02”复合催化剂的实际应用奠定了基础。选取一取代羧基卟啉催化亚硫酰氯电池,结果表明：在作为催化剂的金属卟啉中,Cu（MCTPP）及Zn（MCTPP）能较好地催化亚硫酰氯电池,延长电池的放电时间、提高电池平均电压及增大电池容量,为卟啉类配合物催化Li/SOCl2电池的应用奠定了基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 卟啉的研究进展
  • 1.1 卟啉简介
  • 1.2 自由卟啉的合成方法
  • 1.2.1 Rothemund法
  • 1.2.2 Alder法（丙酸法）
  • 1.2.3 Lindsey法
  • 1.2.4 Macdonald法（[2+2]法）
  • 1.2.5 微波激励法
  • 1.3 金属卟啉的合成方法
  • 2的研究进展'>1.4 卟啉修饰TiO2的研究进展
  • 2光催化剂的研究进展'>1.4.1 TiO2光催化剂的研究进展
  • 2的研究进展'>1.4.2 卟啉敏化TiO2的研究进展
  • 2光催化降解水中有机污染物的研究'>1.4.3 卟啉修饰TiO2光催化降解水中有机污染物的研究
  • 1.5 卟啉类化合物用于亚硫酰氯电池的研究进展
  • 1.6 本论文的选题依据、研究意义及研究内容
  • 1.6.1 本论文的选题依据及研究意义
  • 1.6.2 本论文的研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 含有不同取代基中位卟啉的合成与表征
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 试剂
  • 2.2.2 仪器
  • 2.2.3 含有不同取代基中位自由卟啉的合成
  • 2.2.3.1 4-乙酯基亚甲氧基苯甲醛的合成
  • 2MHTPP）的合成'>2.2.3.2 5-（4-羟基苯基）-10,15,20-三苯基卟啉（H2MHTPP）的合成
  • 2DHTPP）的合成'>2.2.3.3 5,15-（4-羟基苯基）-10,20-二苯基卟啉（H2DHTPP）的合成
  • 2METPP）的合成'>2.2.3.4 5-（4-乙酯基亚甲氧基）苯基-10,15,20-三苯基卟啉（H2METPP）的合成
  • 2DETPP）的合成'>2.2.3.5 5,15-二-（4-乙酯基亚甲氧基）苯基-10,20-二苯基卟啉（H2DETPP）的合成
  • 2MCTPP）的合成'>2.2.3.6 5-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,15,20-三苯基卟啉（H2MCTPP）的合成
  • 2DCTPP）的合成'>2.2.3.7 5,15-二-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,20-二苯基卟啉（H2DCTPP）的合成
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 卟啉合成方法分析
  • 2.3.2 含不同取代基自由卟啉的质谱分析
  • 2.3.3 含不同取代基自由卟啉的核磁图谱分析
  • 2.3.4 紫外-可见光谱分析
  • 2.3.5 红外光谱分析
  • 2.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 含不同取代基金属卟啉的合成与表征
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 试剂
  • 3.2.2 仪器
  • 3.2.3 含不同取代基金属卟啉的合成
  • 3.2.3.1 5-（4-羟基苯基）-10,15,20-三苯基金属卟啉的合成
  • 3.2.3.2 5,15-二-（4-羟基苯基）-10,20-二苯基金属卟啉的合成
  • 3.2.3.3 5-（4-乙酯基亚甲氧基）苯基-10,15,20-三苯基金属卟啉的合成
  • 3.2.3.4 5,15-二-（4-乙酯基亚甲氧基）苯基-10,20-二苯基金属卟啉的合成
  • 3.2.3.5 5-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,15, 20-三苯基金属卟啉的合成
  • 3.2.3.6 5,15-二-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,20-二苯基金属卟啉的合成
  • 3.3 实验结果与讨论
  • 3.3.1 金属卟啉合成方法分析
  • 3.3.2 金属卟啉质谱分析
  • 3.3.3 金属卟啉紫外-可见光谱分析
  • 3.3.4 金属卟啉的红外光谱分析
  • 3.4 本章小节
  • 参考文献
  • 2复合光催化剂制备及光催化性能研究'>第四章 卟啉修饰TiO2复合光催化剂制备及光催化性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 试剂
  • 4.2.2 仪器
  • 4.2.3 光催化实验装置
  • 2复合催化剂的制备'>4.2.4 卟啉修饰TiO2复合催化剂的制备
  • 4.2.5 4-硝基苯酚（4-NP）降解液的制备
  • 4.2.6 复合催化剂光催化降解实验
  • 4.3 结果及讨论
  • 2的高分辨率透射电镜'>4.3.1 含不同取代基的铜卟啉-TiO2的高分辨率透射电镜
  • 2复合催化剂的紫外-可见光谱分析'>4.3.2 含不同取代基的金属卟啉-TiO2复合催化剂的紫外-可见光谱分析
  • 2复合催化剂的红外光谱分析'>4.3.3 铜卟啉-TiO2复合催化剂的红外光谱分析
  • 2复合催化剂的X射线粉末衍射（XRD）图谱分析'>4.3.4 铜卟啉-TiO2复合催化剂的X射线粉末衍射（XRD）图谱分析
  • 2复合催化剂的X射线光电子能谱分析'>4.3.5 铜卟啉-TiO2复合催化剂的X射线光电子能谱分析
  • 2复合催化剂的比表面积测定'>4.3.6 铜卟啉-TiO2复合催化剂的比表面积测定
  • 4.3.7 光催化实验的结果分析
  • 2复合催化剂的光催化降解性能'>4.3.7.1 汞灯下不同金属卟啉修饰TiO2复合催化剂的光催化降解性能
  • 2复合催化剂的光催化降解性能'>4.3.7.2 金卤灯下不同金属卟啉修饰TiO2复合催化剂的光催化降解性能
  • 2复合催化剂的光催化降解性能'>4.3.7.3 氙灯下铜卟啉修饰TiO2复合催化剂的光催化降解性能
  • 2复合催化剂的光催化降解性能'>4.3.7.4 金卤灯下不同负载量Cu（MCTPP）-TiO2复合催化剂的光催化降解性能
  • 2复合催化剂的光催化降解性能'>4.3.7.5 不同制备溶剂下Cu（MCTPP）-TiO2复合催化剂的光催化降解性能
  • 2复合催化剂的稳定性'>4.3.7.6 Cu（MCTPP）-TiO2复合催化剂的稳定性
  • 2复合催化剂的光催化机理分析'>4.3.7.7 卟啉-TiO2复合催化剂的光催化机理分析
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 5-（4-羧基亚甲氧基）苯基-10,15,20-三苯基卟啉催化亚硫酰氯电池性能测试
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 试剂
  • 5.2.2 仪器
  • 5.2.3 一取代羧基卟啉催化亚硫酰氯电池的性能测试
  • 2电池的性能分析'>5.3 一取代羧基金属卟啉催化Li/SOCl2电池的性能分析
  • 5.4 本章小节
  • 参考文献
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 工作展望
  • 攻读博士学位期间取得科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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