新型有機—無機插層主客體復(fù)合材料的制備、表征及其光催化性能的研究.pdf

1、本文以層狀的V2O5和V3O8為無機主體，不同烷基鏈的烷基紫精(alkylviologens)為有機客體，制備了兩個系列十四種新型的有機－無機插層化合物：V2O5/烷基紫精插層化合物RV2(其中R為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、已基、辛基、壬基、十二烷基)，V3O8/烷基紫精插層化合物RV3(其中R為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基)。運用元素分析、X射線粉末衍射(XRD)、紅外(FT-IR)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外-可見漫反射(

2、UV-visDRS)等方法對所制備的插層化合物進行組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析，同時考察了這些插層化合物作為光催化劑在染料降解、α－甲基苯乙烯光催化氧化反應(yīng)、乙酸苯酯Photo-Fries等方面的應(yīng)用。 分析表征結(jié)果證明插層化合物的組成通式分別為(RV)0.25V2O5和(RV)V3O8，有機－無機插層化合物的層間距隨著烷基紫精中碳原子數(shù)的的增大而增大，但其結(jié)晶度隨著烷基紫精陽離子中烷基鏈的增加而降低。插層化合物中釩原子以V4+和V5+

3、兩種混合價態(tài)存在、氧原子處于三種不同的化學(xué)環(huán)境、氮原子處于兩種不 同的化學(xué)環(huán)境。客體烷基紫精陽離子的引入對主體五氧化二釩或V3O8的骨架結(jié)構(gòu)影響不大，主體的層狀結(jié)構(gòu)保存完好；主－客體之間相互修飾的協(xié)同效應(yīng)，可能起到了延長客體分子激發(fā)態(tài)壽命的作用，插層化合物在紫外和可見光區(qū)域有很強的吸收。磁性研究的結(jié)果表明，在溫度低于15K時，插層化合物具有反鐵磁性的有序結(jié)構(gòu)；當溫度高于15K時，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，表現(xiàn)出磁無序結(jié)構(gòu)。 以V2O5/烷基

4、紫精、V3O8/烷基紫精形成的插層化合物為光催化劑，在選定的條件下，對靛紅等染料有很好的降解效果。在相同的條件下，V2O5/烷基紫精比V3O8/烷基紫精插層化合物光催化性能好。在靛紅的光催化降解實驗中，光源為13W紫外光，催化劑濃度為0.10g/L，靛紅的濃度為20mg/L，室溫下反應(yīng)5個小時，靛紅的降解率可達到99％以上。與有關(guān)文獻的光催化靛紅降解相比，本論文在進行染料的光催化降解的過程中，節(jié)省了能源、降低了成本。實驗結(jié)果證明，PeV

5、2在所用的催化劑中，表現(xiàn)出最高的催化活性。通過對亞甲基藍、檸檬黃、堿性品紅、羅丹明、甲基橙、陽離子黃、茜素紅、酸性品紅等染料降解的實驗發(fā)現(xiàn)，V2O5/烷基紫精插層化合物對這些染料都有一定的降解效果。 在α－甲基苯乙烯光催化的反應(yīng)中，常溫、常壓下，α－甲基苯乙烯濃度0.15mol/L，O2流速為25ml/min，催化劑PeV2濃度為0.20g/L，反應(yīng)6小時后，苯乙酮的產(chǎn)率可達32％。 當選用插層化合物(RV)0.25V2