染料分子共價(jià)功能化石墨烯的制備、光生電子傳遞及其光催化產(chǎn)氫性能研究.pdf

1、長久以來,人類都面臨著兩大制約人類社會(huì)發(fā)展的重大問題:環(huán)境惡化和能源短缺。光催化分解水產(chǎn)氫是指利用光催化材料吸收太陽輻射光,將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種新興技術(shù)。由于太陽能和水儲(chǔ)量豐富,產(chǎn)生的氫氣更是一種清潔、高效、環(huán)境友好的能源。因此,光催化分解水產(chǎn)氫技術(shù)是緩解環(huán)境惡化和能源短缺的重要途徑,受到了研究者的高度關(guān)注。
　　本文以石墨烯為基底碳材料,合成了硅酞菁共價(jià)功能化石墨烯和吡啶釕共價(jià)功能化石墨烯兩種石墨烯基納米復(fù)合物,然后采用光

2、沉積的方法將Pt納米粒子沉積到石墨烯表面,制備了Pt納米粒子修飾的染料共價(jià)功能化石墨烯,并對(duì)其結(jié)構(gòu)做了相關(guān)表征和研究了光催化性能。主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)酞菁及其衍生物具有很廣的光響應(yīng)范圍,能夠更加有效地利用太陽輻射光。我們以二氯硅酞菁為光敏劑,通過1,3―偶極環(huán)加成反應(yīng)和一步Williamson反應(yīng)兩步合成了硅酞菁共價(jià)功能化石墨烯(SiPc(phenyl)2G2)。通過原子力顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、拉曼光譜、紅外光譜、

3、紫外可見光譜、光電流、阻抗、熒光光譜等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)進(jìn)行表征。在365 nm光激發(fā)下熒光猝滅率達(dá)到95％、光電流響應(yīng)顯著提高和低阻抗等優(yōu)異的光電性質(zhì)表明了酞菁分子與石墨烯之間能夠發(fā)生高效的電子轉(zhuǎn)移。同時(shí)證明了石墨烯不僅是染料分子的載體,還是電子傳遞過程中的受體和轉(zhuǎn)移媒介。為了得到效率更高的光催化劑,我們采用光沉積法將Pt納米粒子沉積于石墨烯表面,制備了Pt納米粒子修飾的硅酞菁共價(jià)功能化石墨烯(SiPc(phenyl)2G2/Pt

4、)。在10 h可見光(λ>400 nm)照射下,氫氣產(chǎn)量達(dá)到2.51μmol mg-1。在不同波段光照射下,該催化劑也都表現(xiàn)出較好的光催化活性。由于 SiPc(phenyl)2G2催化劑本身在溶液中的分散性不好,我們在研究其光催化性能時(shí)在體系中加入了表面活性劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,表面活性劑能夠抑制催化劑聚集而極大的提高SiPc(phenyl)2G2光催化性能。最后,我們提出了SiPc(phenyl)2G2/Pt光催化產(chǎn)氫機(jī)理。
　　(

5、2)通過1,3―偶極環(huán)加成反應(yīng)將吡啶連接在了石墨烯表面,然后利用吡啶與cis-二氯雙(2,2,―二吡啶)釕二水合物(Ru(bpy)2Cl2)配位制備了吡啶釕共價(jià)功能化石墨烯納米復(fù)合物(Ru(bpy)2(py)Cl/G)。通過原子力顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、拉曼光譜、紅外光譜、紫外可見光譜等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。高熒光淬滅率及顯著增強(qiáng)的光電流表明了染料分子與石墨烯之間能夠發(fā)生高效的光生電子轉(zhuǎn)移,并且在電子傳遞過程中石墨烯起到受體和轉(zhuǎn)移