三嗪-萘酰亚胺基共价有机框架(COF)的构建与光催化研究

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共价有机框架(COF)材料因其低密度,高表面积以及有序的孔道结构等特点在光催化等领域具有广泛的应用前景。但仍存在光激发电荷再结合效率高等问题。为了提高光催化效果,选择合适的策略对COF进行修饰改进是必要的。由于构建COF单体具有多样性的特点,因此根据功能要求选择合适的单体,或对其改性实现对结构的调控对提高光催化效果具有一定的可行性。本论文用三嗪和萘酰亚胺两种单体通过溶剂热的方法成功构建共价有机框架材料并进一步对已合成的材料进行改性,探究其光催化降解有机污染物的效果,为设计有效光催化剂实现有机污染物的降解提供了可行性的策略。具体如下:体系一:通过溶剂热的方法合成了一种三嗪-萘酰亚胺共价有机框架材料(ACOF),该材料具有较大的比表面积,有序的结晶性。通过对材料进行电化学测试进行表征,可以观察到ACOF具有明显的光电流变化,说明在光激发下,光生电荷产生了有效的分离。基于此,尝试用ACOF作为光催化剂降解有机污染物罗丹明B的实验,实验结果表明,60 min内可以实现80%以上的降解效果。降解的机理是在特定波长的光源激发下,ACOF中三嗪结构上的N原子被激发后电子由价带跃迁到导带,产生电荷-空穴对,光激发的电子与O2反应生成·O2-协同h+实现对污染物Rh B的降解。体系二:为了拓宽材料在可见光的吸收范围增强光催化降解效果,体系二设计用PDA修饰ACOF。主要设计原则是:一方面PDA本身具有较好的光稳定性以及延展的π共轭平面有利于电荷的迁移。紫外吸收结果显示,用PDA进行修饰后,缩小了材料的带隙,增强了在可见光范围内的吸收,有利于提高光催化效果。另一方面,PDA与ACOF之间具有合适的带隙结构,引入到ACOF中可构建异质结催化剂从而增大电荷分离效果。结合电化学测试以及光降解结果,在白光的激发下,1h内可以实现对Rh B 80%以上的降解,有望实现利用太阳能达到降解污染物的目的。
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