卟啉分子聚集體光催化劑及其光催化產(chǎn)氧性能的研究.pdf

1、光生電荷分離及電荷傳輸是影響光催化反應(yīng)效率的最重要因素，特別是對于光催化水裂解的產(chǎn)氧半反應(yīng)，需要經(jīng)歷復(fù)雜的四電子過程，抑制光生電荷復(fù)合是提高催化產(chǎn)氧效率的關(guān)鍵因素。由π-共軛分子自發(fā)組裝形成的有序聚集結(jié)構(gòu)可有效捕獲光子提高可見光利用率，同時提高光生電荷傳輸效率。本論文著重研究了卟啉分子聚集結(jié)構(gòu)對光催化水氧化反應(yīng)的光生電荷分離過程的影響。設(shè)計、合成了羧基取代卟啉分子，并構(gòu)建了分子聚集結(jié)構(gòu)及卟啉/氧化鈰負(fù)載型復(fù)合納米聚集結(jié)構(gòu)，通過光譜、電化

2、學(xué)方法等分別研究了分子聚集結(jié)構(gòu)以及復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的光、電化學(xué)性質(zhì)，光生電荷分離過程及光催化水氧化性能，為探究及發(fā)展π-共軛分子聚集結(jié)構(gòu)在光能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用，以及通過分子聚集結(jié)構(gòu)的負(fù)載提高氧化物半導(dǎo)體可見光利用率、抑制電荷復(fù)合、及提高催化穩(wěn)定性等提供有益的思路，并為制備有效的復(fù)合有機(jī)-無機(jī)雜化納米結(jié)構(gòu)提供了簡便可行的方法。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.卟啉J-聚集體的電化學(xué)和光催化產(chǎn)氧性質(zhì)的研究。合成并制備了5，10，15，20-四

3、(4-羧基苯基)卟啉(H2TCPP)的J-型聚集結(jié)構(gòu)，聚集體的吸收光譜紅移有利于提高可見光利用率。探討了卟啉聚集體的光驅(qū)動電化學(xué)水氧化的過程。該J-聚集結(jié)構(gòu)有利于光激發(fā)電子的長程傳輸從而有利于電荷在聚集體結(jié)構(gòu)表面的富集;聚集體為電催化產(chǎn)氧活性，在光的作用下有效降低了氧化過電位而表現(xiàn)出較高的光催化產(chǎn)氧活性;強(qiáng)酸性條件下仍保持極佳的光催化產(chǎn)氧穩(wěn)定性，克服了大多數(shù)過渡金屬化合物半導(dǎo)體在酸性甚至中性環(huán)境中失活的問題。
　　2.CeO2-H

4、2TCPP納米復(fù)合材料的制備及其光催化產(chǎn)氧性質(zhì)的研究。將不同質(zhì)量比例的H2TCPP摻雜入空心氧化鈰內(nèi)，制備了CeO2-H2TCPP有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合催化劑。通過各種譜學(xué)手段、電化學(xué)及電鏡表征對比研究了該系列復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在特定條件下H2TCPP分子以J-聚集體的形式結(jié)合在氧化鈰表面或者進(jìn)入氧化鈰的空腔內(nèi)。卟啉分子J-聚集體的存在使復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的吸收光譜紅移，有利于提高可見光激發(fā)效率。卟啉分子的含量對復(fù)合納米材料的比表面積