咔唑基聚合物复合材料的制备及光催化性能

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咔唑(Cz)是一种重要的含氮芳香环化合物,Cz及其衍生物被广泛用于合成光电功能材料。聚咔唑(PCz)为共轭聚合物,具有刚性主链,有利于形成多孔材料,同时因其良好的电子传输性,具有很好的光电性能。近几年含咔唑的有机聚合物材料备受国内外学者的关注,他们通过一定的化学方法制备出含有聚咔唑的复合材料,在气体选择性吸附、污染物分离、异相催化、传感和有机电子器件等方面体现出良好的效果。本课题以Cz为单体,通过氧化偶联聚合法制备了PCz,得到了比表面积可达80.82 m~2/g的共轭多孔材料,当反应溶剂为二氯甲烷(CH2Cl2),Cz与氧化物三氯化铁(Fe Cl3)的摩尔比为1:10、常温反应24 h时,制备的PCz的产率最高。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征方法对其化学组成、表面形貌进行了分析。以PCz、商品二氧化钛(TiO2)为原料,通过原位聚合法制备PCz/TiO2复合材料,考察了PCz/TiO2复合材料在可见光下对模型污染物甲基橙(MO)的降解性能和稳定性。结果发现复合材料的光催化性能明显优于单纯的聚咔唑和二氧化钛。当反应温度为70℃,反应30 h,PCz和TiO2的质量比为1:10时制备的PCz/TiO2光催化剂的光催化效果最佳。通过FT-IR、X射线电子衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、SEM、TEM、元素分布(Mapping)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)、荧光发射光谱(PL)、瞬态光电流(PT)、电化学阻抗(EIS)等方法对PCz/TiO2的化学组成、表面形貌和光电性质进行分析。探索了PCz/TiO2复合材料可见光催化机理。以PCz、硝酸银为原料,通过紫外光还原法制备了Ag/PCz复合材料,通过对对硝基苯酚(4-NP)的可见光催化还原实验,考察了Ag/PCz复合微粒的可见光催化活性,结果表明,少量Ag附着在PCz表面可以明显提高PCz的光催化还原性能。通过XRD、SEM、TEM、Mapping、PT、EIS等方法对Ag/PCz的化学组成、表面形貌和光电性质进行分析。共轭多孔聚咔唑化学稳定性好,耐氧化能力强,具有比无机半导体材料较小的能带间隙,作为一种有机半导体已经被广泛用于光催化半导体材料的研究与开发。
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