高效非均相Ru(bpy)32+催化劑的構(gòu)建及其光催化性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染越來(lái)越受到人們的關(guān)注，世界各個(gè)國(guó)家的研究者都在竭力尋求解決工業(yè)污染的有效途徑，而合成和設(shè)計(jì)高效、綠色的催化劑是解決污染最有效的途徑之一。眾所周知，在化工行業(yè)，均相催化劑與非均相催化劑相比，在催化反應(yīng)體系中具有較高的反應(yīng)活性與選擇性，但是其不足之處是催化劑很難從反應(yīng)體系中從分離回收，分離回收成本高，效率較低，同時(shí)還容易造成環(huán)境污染。所以，為了克服催化劑回收的這個(gè)繁瑣的問(wèn)題，人們制備了各種可達(dá)到分離回收目的的催化劑，

2、如界面催化劑，離子液體修飾及氟化物修飾的催化劑，氧化還原開(kāi)關(guān)控制的催化劑，這些都是可以通過(guò)某種方式回收的均相催化劑，另一類重要的可回收的催化劑就是制備非均相的催化劑，如各種固相催化劑和各種諸如碳材料，硅材料以及高分子負(fù)載的催化劑等等。
　　金屬多呲啶光催化劑Ru(bpy)32+是一種可以被可見(jiàn)光激發(fā)而促進(jìn)有機(jī)分子轉(zhuǎn)變的光氧化還原催化劑。這類均相催化劑本身就是由可見(jiàn)光激發(fā)，是一種較新穎的合成方法，具有溫和的反應(yīng)條件，是一種綠色催化劑

3、，因此在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用前景。但是，Ru(bpy)32+這種催化劑的成本較高，其溶解性是既溶于有機(jī)溶劑又溶于水的，催化反應(yīng)之后較難從催化劑體系中將其分離出來(lái)，造成了大量的浪費(fèi)和環(huán)境污染，所以本論文的主要工作就是將此催化劑進(jìn)行修飾或固載化來(lái)達(dá)到其分離回收的目的。
　　本課題根據(jù)綠色化學(xué)的倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保的理念，通過(guò)將金屬多吡啶光催化劑Ru(bpy)32+均相催化劑進(jìn)行修飾或固載化，克服均相催化劑難于分離和重復(fù)使用等缺點(diǎn)，既

4、減少了能源的消耗，降低了成本，又避免了使用貴金屬可能造成的污染問(wèn)題，并節(jié)約了成本。對(duì)于修飾的化合物，我們選擇具有光致變色功能的吲哚啉螺吡喃化合物，這種化合物在紫外光照射下，分子中的螺氧鍵發(fā)生異裂的同時(shí)電子的組態(tài)也會(huì)發(fā)生異構(gòu)化或重排，可由無(wú)色的中性狀態(tài)即閉環(huán)體(SP)變?yōu)橛蓄伾碾x子狀態(tài)的開(kāi)環(huán)體(MC)，再經(jīng)可見(jiàn)光照射或放置在黑暗處后又可恢復(fù)到原狀，即可發(fā)生可逆的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程前后不僅顏色會(huì)發(fā)生變化，而且其極性也會(huì)發(fā)生改變，由中性狀態(tài)變?yōu)?/p>

5、兩性離子狀態(tài)，這樣就可以體現(xiàn)出其溶解性改變。因此，我們想借助吲哚啉螺吡喃化合物的溶解性的變化來(lái)改變催化劑的溶解性來(lái)達(dá)到分離回收的目的。而對(duì)于固載化的載體而言，使用新型廉價(jià)的還原石墨烯作為催化劑的載體，石墨烯材料所具有的高比表面積、易分散、良好的傳熱與導(dǎo)電性能和化學(xué)環(huán)境穩(wěn)定性高等特點(diǎn)使得其成為一種新型的構(gòu)建高效非均相催化劑的載體。
　　本論文中介紹的工作主要分為以下三個(gè)部分:
　　1.將金屬多吡啶光催化劑Ru(bpy)32+與

6、吲哚啉螺吡喃化合物結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)合成了吲哚啉螺吡喃修飾的Ru(bpy)32+催化劑，利用吲哚啉螺吡哺化合物紫外光照前后極性的變化進(jìn)而來(lái)改變Ru(bpy)32+催化劑的極性來(lái)實(shí)現(xiàn)催化劑分離回收的目的。成功合成的吲哚啉螺吡喃修飾的Ru(bpy)32+催化劑之后，我們進(jìn)行了可見(jiàn)光催化的反應(yīng)活性測(cè)試，以有機(jī)脫鹵反應(yīng)作為探針?lè)磻?yīng)得到了較高的轉(zhuǎn)換率與得率。但是，由于即使是修飾之后的催化劑，其催化反應(yīng)過(guò)程仍是均相體系，導(dǎo)致修飾之后的催化劑回收效果并不

7、是很理想，所以下面第二部分采用固載化的方法來(lái)回收催化劑。
　　2.在這部分工作中，通過(guò)后嫁接的方法成功將Ru(bpy)32+催化劑負(fù)載到磺化石墨烯上，并以光有機(jī)脫鹵反應(yīng)作為探針?lè)磻?yīng)，測(cè)試了其光有機(jī)催化性能。得到了較高的轉(zhuǎn)換率與得率，并且重復(fù)使用5次以后活性沒(méi)有明顯的降低。
　　3.本章我們選用介孔石墨烯作為載體，將光催化劑Ru(bpy)32+后嫁接到介孔還原石墨烯的表面上，目的是由于介孔石墨烯具有更大的比較面積，可以提高催化