金屬卟啉-ZnO復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、光催化作為一種新興的綠色技術(shù)，在解決環(huán)境以及能源問題等方面扮演著極為重要的角色，ZnO以其自身獨特的光催化性能受到了人們的普遍青睞，但仍存在可見光下不能被激發(fā)、電子-空穴極易復(fù)合等問題。目前，解決這一問題最為關(guān)鍵的是：減少ZnO電子-空穴的復(fù)合幾率，拓展其光譜響應(yīng)范圍。金屬卟啉在可見光區(qū)域（Soret帶：400-450 nm；Q帶：450-700 nm）有著很強的吸收，同時與半導(dǎo)體ZnO間的能級較為匹配，且對光、熱穩(wěn)定。本文中我們將以金

2、屬卟啉作為敏化劑，研究金屬卟啉-ZnO復(fù)合材料的制備方法，考察其光催化性能，期望可以有效拓展ZnO的可見光響應(yīng)范圍，力求總結(jié)出可見光催化下的污染物降解規(guī)律，為光催化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用提供理論前提。
　　本論文主要研究結(jié)果如下：
　?。?）以吡咯（C4H5N）、苯甲醛（C7H6O）和對羥基苯甲醛（C7H6O2）為原料，選用Adler法制備了四苯基卟啉（TPP）和四羥基卟啉（THPP），然后分別以TPP和THPP與五種金屬（

3、Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)）進行反應(yīng)，合成了八種金屬卟啉配合物：MnTPP、CoTPP、NiTPP、CuTPP、ZnTPP、CoTHPP、NiTHPP和ZnTHPP，并進行了相應(yīng)的紅外光譜、紫外光譜和元素分析，結(jié)果表明，產(chǎn)物皆為期望化合物。同時，利用Chemdraw3D軟件繪出各種卟啉的分子結(jié)構(gòu)，并計算出不同卟啉的能級。
　?。?）分別使用八種金屬卟啉（MnTPP、CoTPP、NiTPP、CuTPP

4、、ZnTPP、CoTHPP、NiTHPP、ZnTHPP）為敏化劑，制備出八種金屬卟啉-ZnO復(fù)合材料，采用XRD、SEM、UV-vis DRS、FT-IR、BET等方法分別對所得金屬卟啉-ZnO復(fù)合材料進行了結(jié)構(gòu)與性能的表征和分析。通過降解染料（亞甲基藍(MB)、羅丹明B(RhB)），對復(fù)合材料的光催化活性做出評價，結(jié)果表明，在可見光下，不同金屬卟啉-ZnO復(fù)合材料皆顯示出不同能力的光催化活性，其中光催化活性最優(yōu)異的是CoTHPP-Zn

5、O,在氙燈（150 W）照射下，120 min，對10 mg/L的MB溶液的降解率可達98.8％，對10 mg/L的RhB溶液的降解率可達99.5%，同時，將所制備的復(fù)合材料應(yīng)用于幾種代表性的抗生素類藥物的光催化降解。
　?。?）在合成Co卟啉化合物（CoTPP，CoTHPP）的基礎(chǔ)上，制備了氨基取代（meso位）的新型卟啉結(jié)構(gòu)：氨基卟啉鈷（CoNH2TPP）。選用回流法與TDI修飾的ZnO（TDI-ZnO）復(fù)合，合成了鈷卟啉敏化

6、TDI-ZnO復(fù)合材料（CoNH2TPP-TDI-ZnO）。使用UV-vis、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS及BET等測試技術(shù)對CoNH2TPP-TDI-ZnO進行了結(jié)構(gòu)分析與形貌表征。以 MB、洛美沙星和左氧氟沙星為代表，考察了可見光照射下CoNH2TPP-TDI-ZnO的光催化性能。結(jié)果表明，CoNH2TPP-TDI-ZnO具有良好的可見光催化活性，在150 W氙燈照射下，120 min,對10 mg/L的MB溶液

7、的降解率可達97.7%，90 min，對15 mg/L洛美沙星溶液的降解率可達91.1%，對15 mg/L左氧氟沙星溶液的降解率可達98.7%，且CoNH2TPP-TDI-ZnO重復(fù)使用5次后，其催化性能仍基本保持不變。
　?。?）以吡咯（C4H5N）和對羧基苯甲醛（C8H5O3）為原料，采用 Adler法制備了四羧基苯基卟啉（TCPP），并進一步合成了Fe的配合物（FeTCPP）。采用回流法分別與ZnO、經(jīng) TDI修飾的ZnO（

8、TDI-ZnO）復(fù)合，合成了兩種復(fù)合光催化劑（FeTCPP-ZnO，F(xiàn)eTCPP-TDI-ZnO）。通過UV-vis、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS、BET等測試手段對FeTCPP-ZnO和FeTCPP-TDI-ZnO進行了結(jié)構(gòu)與形貌的表征和分析。以MB、洛美沙星和左氧氟沙星為代表，考察了其在可見光下的光催化性能。結(jié)果表明，可見光下，F(xiàn)eTCPP-ZnO和FeTCPP-TDI-ZnO皆有著很高的催化活性，用150 W氙