高效非均相Ru(bpy)32+催化劑的構(gòu)建及其光催化性能研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，環(huán)境污染越來越受到人們的關(guān)注，世界各個國家的研究者都在竭力尋求解決工業(yè)污染的有效途徑，而合成和設(shè)計高效、綠色的催化劑是解決污染最有效的途徑之一。眾所周知，在化工行業(yè)，均相催化劑與非均相催化劑相比，在催化反應(yīng)體系中具有較高的反應(yīng)活性與選擇性，但是其不足之處是催化劑很難從反應(yīng)體系中從分離回收，分離回收成本高，效率較低，同時還容易造成環(huán)境污染。所以，為了克服催化劑回收的這個繁瑣的問題，人們制備了各種可達(dá)到分離回收目的的催化劑，

2、如界面催化劑，離子液體修飾及氟化物修飾的催化劑，氧化還原開關(guān)控制的催化劑，這些都是可以通過某種方式回收的均相催化劑，另一類重要的可回收的催化劑就是制備非均相的催化劑，如各種固相催化劑和各種諸如碳材料，硅材料以及高分子負(fù)載的催化劑等等。
　　金屬多呲啶光催化劑Ru(bpy)32+是一種可以被可見光激發(fā)而促進(jìn)有機(jī)分子轉(zhuǎn)變的光氧化還原催化劑。這類均相催化劑本身就是由可見光激發(fā)，是一種較新穎的合成方法，具有溫和的反應(yīng)條件，是一種綠色催化劑

3、，因此在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域具有較廣泛的應(yīng)用前景。但是，Ru(bpy)32+這種催化劑的成本較高，其溶解性是既溶于有機(jī)溶劑又溶于水的，催化反應(yīng)之后較難從催化劑體系中將其分離出來，造成了大量的浪費和環(huán)境污染，所以本論文的主要工作就是將此催化劑進(jìn)行修飾或固載化來達(dá)到其分離回收的目的。
　　本課題根據(jù)綠色化學(xué)的倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保的理念，通過將金屬多吡啶光催化劑Ru(bpy)32+均相催化劑進(jìn)行修飾或固載化，克服均相催化劑難于分離和重復(fù)使用等缺點，既

4、減少了能源的消耗，降低了成本，又避免了使用貴金屬可能造成的污染問題，并節(jié)約了成本。對于修飾的化合物，我們選擇具有光致變色功能的吲哚啉螺吡喃化合物，這種化合物在紫外光照射下，分子中的螺氧鍵發(fā)生異裂的同時電子的組態(tài)也會發(fā)生異構(gòu)化或重排，可由無色的中性狀態(tài)即閉環(huán)體(SP)變?yōu)橛蓄伾碾x子狀態(tài)的開環(huán)體(MC)，再經(jīng)可見光照射或放置在黑暗處后又可恢復(fù)到原狀，即可發(fā)生可逆的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程前后不僅顏色會發(fā)生變化，而且其極性也會發(fā)生改變，由中性狀態(tài)變?yōu)?/p>

5、兩性離子狀態(tài)，這樣就可以體現(xiàn)出其溶解性改變。因此，我們想借助吲哚啉螺吡喃化合物的溶解性的變化來改變催化劑的溶解性來達(dá)到分離回收的目的。而對于固載化的載體而言，使用新型廉價的還原石墨烯作為催化劑的載體，石墨烯材料所具有的高比表面積、易分散、良好的傳熱與導(dǎo)電性能和化學(xué)環(huán)境穩(wěn)定性高等特點使得其成為一種新型的構(gòu)建高效非均相催化劑的載體。
　　本論文中介紹的工作主要分為以下三個部分:
　　1.將金屬多吡啶光催化劑Ru(bpy)32+與

6、吲哚啉螺吡喃化合物結(jié)合起來，設(shè)計合成了吲哚啉螺吡喃修飾的Ru(bpy)32+催化劑，利用吲哚啉螺吡哺化合物紫外光照前后極性的變化進(jìn)而來改變Ru(bpy)32+催化劑的極性來實現(xiàn)催化劑分離回收的目的。成功合成的吲哚啉螺吡喃修飾的Ru(bpy)32+催化劑之后，我們進(jìn)行了可見光催化的反應(yīng)活性測試，以有機(jī)脫鹵反應(yīng)作為探針反應(yīng)得到了較高的轉(zhuǎn)換率與得率。但是，由于即使是修飾之后的催化劑，其催化反應(yīng)過程仍是均相體系，導(dǎo)致修飾之后的催化劑回收效果并不

7、是很理想，所以下面第二部分采用固載化的方法來回收催化劑。
　　2.在這部分工作中，通過后嫁接的方法成功將Ru(bpy)32+催化劑負(fù)載到磺化石墨烯上，并以光有機(jī)脫鹵反應(yīng)作為探針反應(yīng)，測試了其光有機(jī)催化性能。得到了較高的轉(zhuǎn)換率與得率，并且重復(fù)使用5次以后活性沒有明顯的降低。
　　3.本章我們選用介孔石墨烯作為載體，將光催化劑Ru(bpy)32+后嫁接到介孔還原石墨烯的表面上，目的是由于介孔石墨烯具有更大的比較面積，可以提高催化