共轭高分子/TiO复合材料的合成、结构表征及其光催化性能研究

摘要

共轭高分子具有丰富、可调的能带结构和宽的可见光响应范围，是强的供电子体和优良的空穴传输材料。自20世纪90年代以来，该类高分子与无机半导体纳米复合材料的光电转化性能的研究非常引人注目。本文通过高分子结构和合成方法的设计，合成了四种不同共轭结构的高分子PAF、PFF、PF和PANI与TiO2的纳米复合材料，并将其成功地用作光催化材料，取得了令人满意的结果。深入探讨了合成方法、热处理条件对其结构与催化性能影响。 本论文主要包括以下三个方面的研究工作：1.利用高分子单体(单体混合物)在TiO2纳米微粒表面的原位聚合，经适当的活化处理，成功地合成了两相间以强相互作用力结合在一起的PAF/TiO2、PFF/TiO2、PF/TiO2和PANI/TiO2(PANI-TiO2)纳米复合材料；以TiCl4的乙醇溶液作催化剂使高分子单体或单体混合物发生聚合或共聚，经适当的热处理合成了PFF-TiO2和PF-TiO2纳米复合微粒。 2.对于以上几种纳米复合材料进行了合成方法、热处理条件和催化活性的研究。实验发现：合成方法、工艺条件对它们的催化性能有很大的影响，且通过合成路线、热处理条件的优选，不仅可以使PAF、PFF、PF和PANI与TiO2之间形成强相互作用，同时还可以使纳米复合微粒获得最佳的催化活性。在优化条件下所制得的该类催化材料能够在5～10min，甚至更短的时间内使染料分子彻底脱色并大部分降解。 3.运用各种技术(元素分析、DTA-TG、XRD、TEM、IR和UV-Vis等)对纳米复合微粒进行了结构表征，利用UV-Vis和IR光谱分析、COD等技术对MB在复合催化剂上的降解程度进行了研究。结果表明：(1)TiO2在共轭高分子材料中的引入，不同程度地降低或增加了高分子材料的热稳定性，对高分子材料的组成和结构有不同程度的影响，表现在元素分析和IR谱中，元素组成和高分子中特征基团的吸收峰位置和强度发生了变化。 (2)选择合适的合成方法和工艺条件，可以制得共轭高分子与TiO2纳米复合微粒；适当的热处理在使其活化的同时可以增加复合催化剂中高分子的不饱和程度；高分子的掺入可使复合材料能够吸收整个UV-Vis的光，共轭高分子中的一些极性基团(-C=O，-NH-和-OH等)与TiO2之间存在一定的化学键合，这有利于光生电荷的有效分离，提高其催化性能。 (3)该类复合催化剂均为深度矿化型催化剂，能使染料分子的结构在极短的时间内大部分被破坏，且具有良好的稳定性能、不会造成二次污染、无能耗、反应条件温和、反应设备简单、易于操作控制，是一类具有实用价值的环保型催化材料。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章PAF/TiO2纳米复合材料的制备、表征及催化性能研究

第三章PFF与TiO2纳米复合材料的合成、表征及其光催化性能研究

第四章PF与TiO2纳米复合材料的合成、表征及其催化性能研究

第五章PANI与TiO2纳米复合材料的制备、表征及催化性能研究

硕士期间发表的文章

致谢