基于MIL-53(Fe)的可见光响应型催化剂的制备及其对醇类氧化反应的催化性能研究

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光催化技术不仅可以有效利用太阳能,而且可以将其转化为各种形式的能源以实现它的收集利用。这一技术符合当今世界对可持续发展的要求,可以减少环境污染避免资源浪费。所以利用光催化技术实现太阳能的储存、转化和利用显得尤为重要。发展新型光催化剂是合理利用太阳能的关键。以金属有机框架(Metal-organic framework,MOFs)为基本材料,进一步合成新型光催化剂成为当前的研究热点。传统有机合成过程苛刻的反应条件并不利于大规模的工业发展,而采用光催化技术实现有机反应具有反应条件温和、可操作性强、能源清洁以及产物选择性高的优点可解决这一世纪难题。本论文设计并合成了三种新型光催化剂并将其应用于光催化有机反应中,实现了有机物的高效转化,并深入研究了可能的反应机理。研究内容如下:1.采用自然模拟法制备了一系列不同比例的PDA/MIL-53(Fe)复合光催化剂。实验结果证明:由于PDA具有良好的电子接受能力,可以有效提高光生电子的转移效率。与PDA和MIL-53(Fe)相比较,复合光催化剂具有良好的催化性能,通过活性物种捕获实验证明该光催化过程是通过空穴直接氧化来实现苯甲醇的选择性氧化。循环实验结果表明该光催化剂具有良好的光稳定性。2.在第一部分工作的基础上,将稀土元素Eu掺杂到无机半导体ZnO中,为了进一步提高苯甲醇的转化率,采用简原位合成法制备了Eu掺杂ZnO/MIL-53(Fe)纳米复合光催化剂。通过XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis DRS、PL、EIS等对复合材料的结构、形貌和光电学性能进行了表征。实验结果表明:引入稀土元素Eu,可以极大的提高复合光催化剂的催化性能。机理研究结果表明,该复合型光催化剂可在空穴与羟基自由基两种活性物种共同作用下实现醇类的选择性氧化。循环实验结果表明,该光催剂具有良好的光稳定性。3.为了降低成本,选用价格低廉的Ni2P作为助催化剂。采用一步水热法合成不同比例的Ni2P/MIL-53(Fe)纳米复合材料,通过XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis DRS、PL、EIS等对复合材料的结构、形貌和光电学性能进行了详细的表征。实验结果表明:引入助催化剂Ni2P能够进一步提高MIL-53(Fe)的光催化效率。机理研究结果表明,该光催化过程是通过空穴直接实现苯甲醇的选择性氧化。
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