二氧化鈦基材料選擇性光催化氧化的研究
發(fā)布時間:2021-07-23 04:53
在藥物合成和化工生產(chǎn)中,亞胺作為重要的中間體,有著廣泛的應用。而在傳統(tǒng)的胺與羰基化合物縮合的工藝上,由于羰基化合物非;顫,難以得到理想的產(chǎn)率,因此尋找反應條件溫和,選擇性高且易于分離和循環(huán)性能良好的異相催化劑成為人們關(guān)注的焦點。TiO2作為半導體光催化的載體材料,能在光反應條件下選擇性氧化芐胺生成亞胺,成為主要的備選催化劑。然而,較大的帶隙寬度使TiO2只能在紫外光的條件下展現(xiàn)出光催化活性,大大限制了其在實際生產(chǎn)中的應用。在TiO2改性方面,將光敏分子負載到其表面上,不僅能拓寬TiO2吸收波長,還能顯著提高材料的催化活性。在這里,我們將兩種不同類型的光敏分子負載到TiO2表面,以可見光照射為反應條件,構(gòu)建了以芐胺選擇性轉(zhuǎn)化為亞胺的反應體系。具體的研究成果如下:(1)采用金納米簇作為光敏劑負載到TiO2表面的策略,在紫光LED燈照射下,實現(xiàn)了芐胺到相應亞胺的轉(zhuǎn)化。用加熱還原法合成出谷胱甘肽保護的金納米簇(Au-GSH),并用浸漬法將其負載到TiO2上,得到了 Au-GSH-TiO2復合材料。以紫光LED燈為光源,直接利用空氣中的氧氣為氧化劑,構(gòu)建了從亞胺選擇性轉(zhuǎn)化為芐胺的反應體系。研究...
【文章來源】:華中師范大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:68 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖1.1二氧化鈦晶胞的堆積方式(a)金紅石?(b)銳鈦礦(c)板鈦礦?(d)?Ti02-B??Fig.?1.1?The?accumulation?form?of?titanium?dioxide?cells?(a)?rutile?(b)?anatase?(c)?TiO:-B??1.2二化鈦光催化機理??
碩士學位論文??MASThR'S?THESIS??成方法及其基本原理。??BmWmI??isffisi?丨?mi??圖1.4各式各杼納米二氣化鈦粒子的形貌??Fig.?1.4?The?varied?morphologies?of?TiO:?nanoparticles??1.3.1溶膠-凝膠法??一般情況下,溶膠-凝膠法以無機金屬鹽或金屬有機化合物作為前體并將其水??解和聚合。隨著聚合反應的完成和部分溶劑的揮發(fā),逐步完成從液態(tài)溶膠到固態(tài)??凝膠的相變,再通過旋轉(zhuǎn)涂層或浸潰涂層的方法在基片上形成薄膜,或者在適當??的粘度下,通過抽絲形成陶瓷纖維1H。??以鈦薛鹽為前驅(qū)體,采用溶膠凝膠法能制備合成Ti02納米材料。首先經(jīng)過酸??催化水解鈦醇氧基,然后發(fā)生縮合反應。反應體系中較低的含水量、較高的鈦醇??鹽含量和較低的水解速率有利于鈦氧鈦鏈的形成,隨著鏈長的延伸,最終形成緊??密堆積的三維聚合骨架結(jié)構(gòu),并且由于溫度對溶解粘度和二氧化鈦的平衡濃度影??響較大,溫度越高,所形成TiO:晶枝越粗I氣??1.3.2膠束法和反膠束法??一般來說,膠束(反膠束)尺寸在1-100?nm之間,能為TiO]形成和生長提??供場所,形成納米材料。在形成過程中,TiO:納米顆粒的尺寸大小和分布取決于??表面活性劑濃度、鈦前驅(qū)體濃度、進料速度和反應溫度等。通過此方法,可以合??成出直徑為丨0-20?nm的無定型納米TiO:,在600?°C下轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦,在900?°C??下轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W上更穩(wěn)定的金紅石i:41。??1.3.3水熱合成法和溶劑熱法??水熱合成法是一種在水溶液中合成的方法,將水溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯,??用高壓鋼制反應釜封裝,
w士學位論文??MASTHR'S?THESIS??用加熱的方法去除表面有機配體,形成更緊密的肖特基界面。相較于傳統(tǒng)的還原??劑沉積負載和光照還原沉積負載,具有金納米粒子粒徑和可控的特點。在這些共??同因素的作用下,形成的復合物比由傳統(tǒng)方法合成的光催化性能更優(yōu)異,染料降??解和水解產(chǎn)氫速率都更高。??E-field^yy^?Metal??A?I?L>1?sphere?4??e?cloud??圖1.5貴金屬表面等離了?共振效應??Fig.?1.5?The?surface?plasmon?resonance?effect?of?noble?metals??1.4.2金屬氣化物負載??金屬氧化物由于路易斯酸堿中心的存在,負載到二氧化鈦后,能加快氣體或??其他底物與二氧化鈦的吸附,增加吸附率。在特定的光催化反應體系中,金屬氧??化物的酸堿中心能提供反應位點,提升反應的選擇性和轉(zhuǎn)化率。同時研宂發(fā)現(xiàn),??有些金屬氧化物能促進二氧化鈦空穴電子對的分離和減少其復合率,增加復合材??料的吸光范圍和吸光度,促進光催化反應。大多數(shù)金屬氧化物廉價和普遍存在,??結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,能長期循環(huán)使用,有利于大規(guī)模生產(chǎn)使用[4|】。??Li^等利用浸漬燒結(jié)的方法合成出MgO負載的二氧化鈦納米管,發(fā)現(xiàn)MgO??具有增強二氧化鈦和C02吸附結(jié)合和促進空穴電子對分離的雙重作用,顯著提高??了材料在光照條件下將C02轉(zhuǎn)化為甲醇的選擇性和轉(zhuǎn)化率。DespresI43】等將BaO??負載到丁幻:上,負載后的復合材料在光催化還原大氣污染物N0X上性能優(yōu)異。這??是由于BaO的路易斯酸堿中心有利于NOx的吸附,并且Ti-Ba之間的相互作用又??抑制了?BaSCU的形
本文編號:3298639
【文章來源】:華中師范大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:68 頁
【學位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖1.1二氧化鈦晶胞的堆積方式(a)金紅石?(b)銳鈦礦(c)板鈦礦?(d)?Ti02-B??Fig.?1.1?The?accumulation?form?of?titanium?dioxide?cells?(a)?rutile?(b)?anatase?(c)?TiO:-B??1.2二化鈦光催化機理??
碩士學位論文??MASThR'S?THESIS??成方法及其基本原理。??BmWmI??isffisi?丨?mi??圖1.4各式各杼納米二氣化鈦粒子的形貌??Fig.?1.4?The?varied?morphologies?of?TiO:?nanoparticles??1.3.1溶膠-凝膠法??一般情況下,溶膠-凝膠法以無機金屬鹽或金屬有機化合物作為前體并將其水??解和聚合。隨著聚合反應的完成和部分溶劑的揮發(fā),逐步完成從液態(tài)溶膠到固態(tài)??凝膠的相變,再通過旋轉(zhuǎn)涂層或浸潰涂層的方法在基片上形成薄膜,或者在適當??的粘度下,通過抽絲形成陶瓷纖維1H。??以鈦薛鹽為前驅(qū)體,采用溶膠凝膠法能制備合成Ti02納米材料。首先經(jīng)過酸??催化水解鈦醇氧基,然后發(fā)生縮合反應。反應體系中較低的含水量、較高的鈦醇??鹽含量和較低的水解速率有利于鈦氧鈦鏈的形成,隨著鏈長的延伸,最終形成緊??密堆積的三維聚合骨架結(jié)構(gòu),并且由于溫度對溶解粘度和二氧化鈦的平衡濃度影??響較大,溫度越高,所形成TiO:晶枝越粗I氣??1.3.2膠束法和反膠束法??一般來說,膠束(反膠束)尺寸在1-100?nm之間,能為TiO]形成和生長提??供場所,形成納米材料。在形成過程中,TiO:納米顆粒的尺寸大小和分布取決于??表面活性劑濃度、鈦前驅(qū)體濃度、進料速度和反應溫度等。通過此方法,可以合??成出直徑為丨0-20?nm的無定型納米TiO:,在600?°C下轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦,在900?°C??下轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W上更穩(wěn)定的金紅石i:41。??1.3.3水熱合成法和溶劑熱法??水熱合成法是一種在水溶液中合成的方法,將水溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯,??用高壓鋼制反應釜封裝,
w士學位論文??MASTHR'S?THESIS??用加熱的方法去除表面有機配體,形成更緊密的肖特基界面。相較于傳統(tǒng)的還原??劑沉積負載和光照還原沉積負載,具有金納米粒子粒徑和可控的特點。在這些共??同因素的作用下,形成的復合物比由傳統(tǒng)方法合成的光催化性能更優(yōu)異,染料降??解和水解產(chǎn)氫速率都更高。??E-field^yy^?Metal??A?I?L>1?sphere?4??e?cloud??圖1.5貴金屬表面等離了?共振效應??Fig.?1.5?The?surface?plasmon?resonance?effect?of?noble?metals??1.4.2金屬氣化物負載??金屬氧化物由于路易斯酸堿中心的存在,負載到二氧化鈦后,能加快氣體或??其他底物與二氧化鈦的吸附,增加吸附率。在特定的光催化反應體系中,金屬氧??化物的酸堿中心能提供反應位點,提升反應的選擇性和轉(zhuǎn)化率。同時研宂發(fā)現(xiàn),??有些金屬氧化物能促進二氧化鈦空穴電子對的分離和減少其復合率,增加復合材??料的吸光范圍和吸光度,促進光催化反應。大多數(shù)金屬氧化物廉價和普遍存在,??結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,能長期循環(huán)使用,有利于大規(guī)模生產(chǎn)使用[4|】。??Li^等利用浸漬燒結(jié)的方法合成出MgO負載的二氧化鈦納米管,發(fā)現(xiàn)MgO??具有增強二氧化鈦和C02吸附結(jié)合和促進空穴電子對分離的雙重作用,顯著提高??了材料在光照條件下將C02轉(zhuǎn)化為甲醇的選擇性和轉(zhuǎn)化率。DespresI43】等將BaO??負載到丁幻:上,負載后的復合材料在光催化還原大氣污染物N0X上性能優(yōu)異。這??是由于BaO的路易斯酸堿中心有利于NOx的吸附,并且Ti-Ba之間的相互作用又??抑制了?BaSCU的形
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