發(fā)布時間：2017-07-06 19:26

  本文關(guān)鍵詞：有機染料共價功能化石墨烯的合成及其光催化產(chǎn)氫性能研究

  更多相關(guān)文章： 有機染料 石墨烯 功能化 共價 光催化

【摘要】：環(huán)境惡化和能源短缺是制約人類可持續(xù)發(fā)展的兩大問題,將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能是解決環(huán)境和能源問題的有效手段。光催化分解水制備氫氣是將儲量豐富的太陽能和水在光催化劑的作用下產(chǎn)生清潔、高效、環(huán)境友好的氫氣,這可以實現(xiàn)對太陽能的有效轉(zhuǎn)化。本論文首先以石墨烯為基底,合成了錳酞菁(MnPcCl)共價功能化石墨烯,雙(異硫氰基)雙(2,2-聯(lián)吡啶基-4,4'-二羧基)釕(II))(N3)共價功能化石墨烯兩種石墨烯基納米復(fù)合物;此外制備了N3敏化的氯氧鉍復(fù)合催化劑,并系統(tǒng)的研究了所制備催化劑的結(jié)構(gòu)及光催化性能。主要工作內(nèi)容如下:(1)我們通過1,3偶極環(huán)加成反應(yīng)和Williamson反應(yīng)兩步合成了錳酞菁共價功能化石墨烯(MnPcG),然后通過光沉積將鉑納米粒子作為助催化劑負載在MnPcG上,得到MnPcG/Pt光催化劑。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、光電流、熒光光譜等方法對所制備的催化劑的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)進行表征。實驗結(jié)果表明錳酞菁共價連接到了石墨烯的表面。其熒光猝滅效率和顯著提高的光電流表明MnPcG具有優(yōu)異的光電性質(zhì),說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。與石墨烯相比,MnPcG催化劑的催化產(chǎn)氫性能得到很大的提高。該催化劑在紫外可見和可見光照射下表現(xiàn)出了較強的光催化產(chǎn)氫性能,在10 h光照下,氫氣產(chǎn)量達到8.59和1.45μmol mg-1。金屬酞菁共價功能化石墨烯可以作為利用太陽能光催化產(chǎn)氫的高效催化劑。(2)通過疊氮化反應(yīng)制備了苯胺基功能化的石墨烯,然后利用苯胺基與N3的羧基進行酰胺縮合反應(yīng)制備了N3共價修飾的石墨烯納米復(fù)合物(N3-RGO)。通過透射電鏡、掃描電鏡、紅外光譜、拉曼光譜、X光電子能譜、熒光光譜及紫外可見光譜等方法對所制備的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進行表征。高效的熒光淬滅率和顯著提高的光電流說明了N3染料分子與石墨烯之間能夠發(fā)生高效的光生電子轉(zhuǎn)移并且抑制了電子空穴對的復(fù)合率。我們通過光沉積法將助催化劑鉑納米粒子負載在石墨烯表面,制備了鉑納米粒子修飾的N3共價功能化的石墨烯光催化劑(N3-RGO/Pt)。該催化劑在紫外可見和可見光照射下表現(xiàn)出了較強的光催化產(chǎn)氫性能,在7 h光照下,氫氣產(chǎn)量達到11.25和1.78μmol mg-1。我們還研究了該催化劑的穩(wěn)定性,結(jié)果表明其穩(wěn)定性較好。此項工作為利用太陽能構(gòu)建石墨烯基復(fù)合催化劑的制備提供了新的思路。(3)鉍氧氯(BiOCl)是一種帶隙比較寬的半導(dǎo)體(3.2 eV),這很大程度地限制了其在可見光光照下的應(yīng)用。我們用水熱法制備了BiOCl半導(dǎo)體,通過超聲法將染料分子N3與Bi OCl半導(dǎo)體結(jié)合起來形成復(fù)合物。并通過X-射線粉末衍射、透射電鏡等方法對制備的復(fù)合物進行表征,并研究了其光催化性能。在6 h紫外可見光照射下,BiOCl和BiOCl-N3產(chǎn)氫量分別為51.5μmol·g-1和85.5μmol·g-1。N3分子作為捕光天線,可以有效地吸收入射光并將電子有效的傳遞到Bi OCl半導(dǎo)體。
【關(guān)鍵詞】：有機染料 石墨烯 功能化 共價 光催化
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-38
• 1.1 引言10-11
• 1.2 光催化分解水產(chǎn)氫基本原理11-13
• 1.2.1 光催化產(chǎn)氫的基本機制11-12
• 1.2.2 光催化產(chǎn)氫的主要過程12-13
• 1.3 光催化分解水的評估13-14
• 1.3.1 光催化劑的催化活性13-14
• 1.3.2 光催化劑的穩(wěn)定性14
• 1.4 染料敏化半導(dǎo)體的染料類型14-18
• 1.4.1 金屬釕配合物15
• 1.4.2 金屬酞菁/卟啉及其衍生物15-17
• 1.4.3 無金屬有機染料17-18
• 1.5 石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其制備18-21
• 1.5.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.5.2 石墨烯的性質(zhì)19
• 1.5.3 石墨烯的制備19-21
• 1.6 石墨烯的功能化21-25
• 1.6.1 有機分子共價功能化石墨烯22-23
• 1.6.2 有機分子非共價功能化石墨烯23-24
• 1.6.3 對石墨烯進行化學(xué)摻雜24-25
• 1.6.4 納米粒子對石墨烯的功能化25
• 1.7 功能化石墨烯在光催化中的應(yīng)用25-28
• 1.8 本課題研究背景及內(nèi)容28-30
• 參考文獻30-38
• 第二章 錳酞菁共價功能化石墨烯的制備以及其光催化性能研究38-60
• 2.1 引言38-39
• 2.2 實驗部分39-43
• 2.2.1 試劑39
• 2.2.2 合成39-40
• 2.2.3 樣品的表征40-41
• 2.2.4 光電化學(xué)的測試41
• 2.2.5 光催化反應(yīng)41-43
• 2.3 結(jié)果分析與討論43-52
• 2.3.1 形態(tài)與結(jié)構(gòu)分析43-46
• 2.3.2 光學(xué)與光電性質(zhì)研究46-49
• 2.3.3 光催化分解水制氫性能研究49-52
• 2.4 本章小結(jié)52-54
• 參考文獻54-60
• 第三章 釕配合物N3染料共價功能化石墨烯光催化劑的制備及其光催化性能研究60-82
• 3.1 引言60-61
• 3.2 實驗部分61-65
• 3.2.1 實驗試劑及材料61
• 3.2.2 合成61-63
• 3.2.3 樣品的表征63
• 3.2.4 光電化學(xué)測試63
• 3.2.5 光催化反應(yīng)63-65
• 3.3 實驗結(jié)果分析與討論65-75
• 3.3.1 形態(tài)與結(jié)構(gòu)表征65-69
• 3.3.2 光電性質(zhì)表征69-73
• 3.3.3 光催化分解水產(chǎn)氫性能研究73-75
• 3.4 本章小結(jié)75-76
• 參考文獻76-82
• 第四章 釕配合物N3染料敏化Bi OCl半導(dǎo)體催化劑的制備及其光催化產(chǎn)氫性能研究82-89
• 4.1 引言82-83
• 4.2 實驗部分83-84
• 4.2.1 實驗試劑及材料83
• 4.2.2 合成83
• 4.2.3 樣品的表征83
• 4.2.4 光催化反應(yīng)83-84
• 4.3 結(jié)果與討論84-86
• 4.3.1 形貌與結(jié)構(gòu)84-85
• 4.3.2 光催化產(chǎn)氫性能研究85-86
• 4.4 本章小結(jié)86-87
• 參考文獻87-89
• 結(jié)論89-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90-91
• 致謝91-92

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進展[J];科學(xué)通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學(xué)進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結(jié)合[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號：527544