共轭聚合物敏化二氧化钛应用于可见光催化降解有机污染物的研究

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纳米TiO<,2>因为高度稳定无毒,是用于光催化降解有机污染物的首选材料,但TiO<,2>带隙高达3.2eV,只能被紫外光所激发,为此各国学者进行了大量的研究来拓展TiO<,2>的光谱响应范围,其中染料敏化是一个简单有效的方法。本文在国内外小分子染料敏化TiO<,2>基础上首次明确提出将共轭聚合物作为光敏剂来敏化TiO<,2>,实验证明在可见光下可以有效地降解有机污染物。 共轭聚合物属于有机半导体材料,可以通过改变分子结构非常简便地进行改变带隙,调节其HOMO和LUMO能级。而且与小分子相比,聚合物在TiO<,2>表面的物理吸附能力更强,改善了光敏剂进入水中造成二次污染的问题。 本文主要合成和采用了两种聚合物材料,一种是芴与噻吩的共聚物,另一种是芴与联噻吩的共聚物。第二章对芴与噻吩的共聚物进行了挑选,并对噻吩摩尔含量为30﹪的PFTh30的敏化特性进行了较深入研究。第三章合成了噻吩含量与PFTh50相同的PFBiTh33,发现这种芴与联噻吩的共聚物与PFTh50有许多不同之处。研究表明: 1.通过聚(芴-噻吩)共聚物我们发现聚合物敏化二氧化钛可以用来光降解苯酚,并在国际上首次明确提出了聚合物的分子结构。我们采用简单的混合将聚合物附着在二氧化钛表面,有关的光降解实验都多次重复,排除了光源、粉体吸附都诸多背景因素,数据可靠。我们通过与罗丹明染料对比,将PFTh30的降解效果与小分子进行了排位,认为PFTh30的效果是罗丹明的1.7倍,与Erythrosine(赤藓红)接近,但不如rose Bengal(孟加拉玫瑰红)。 2.在降解机理上面我们推测PFTh30的降解机理与染料基本相似。PFTh30本身的降解功能不强,表现在PFTh30/氧化铝可以氧化苯酚,但不能矿化苯酚。同时没有氧气的参与,也没有明显的降解效果,这说明氧气参与了该光化学反应。 3.对光物理过程进行了简单的研究。PFTh30/二氧化钛1:100的质量比使得粉末在200~480nm都有较强的吸收,并且通过积分球测定的荧光量子效率发现:二氧化钛的加入使得PFTh30的荧光量子效率下降到近1/3。我们推测这是因为聚合物中的电子转移到二氧化钛表面造成的,这个过程与染料相似。 4.我们合成了组成与PFTh50相近的PFBiTh33,发现PFBiTh33比PFTh50的吸收范围更宽,并且分子量大。PFTh50的吸收峰425nm,吸收边482nm,光学带隙为2.57eV;而PFBiTh33的吸收峰442nm吸收边510nm,光学带隙为2.48eV。PFBiTh33与PFTh50、PFTh30对苯酚的降解效果基本相同。 5.研究了聚合物中的excimer现象,发现这些聚合物的膜和粉末的PL光谱基本重叠,比溶液的PL发生显著红移,excimer现象严重。红移程度PFBiTh3 3>PFTh50>PFTh30。
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