石墨烯/酞菁锰及石墨烯/二氧化钛复合材料的制备与催化性质研究

摘要

金属酞菁及二氧化钛由于具有优异的光催化活性被用作光催化剂，但它们单独作为催化剂时因易发生团聚而使其催化效率不高，将其分别与氧化石墨烯(GO)及苯甲酸功能化石墨烯(BFG)复合，不仅能改善其在溶液中的分散性，还能提高其催化活性。本文制备出以共价键相连接的酞菁锰-氧化石墨烯(MnTAPc-GO)、酞菁锰-苯甲酸功能化石墨烯(MnTAPc-BFG)及二氧化钛-石墨烯(TiO2-BFG)复合材料，研究了复合材料的光催化性能。
　　通过酰胺反应将MnTAPc负载到GO表面，制备出MnTAPc-GO复合材料，以透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)及X射线光电子能谱仪(XPS)等测试方法对复合材料的结构进行了表征，结果表明MnTAPc通过共价键与GO连接。在可见光照射下用MnTAPc-GO复合材料与H2O2协同作用可催化降解罗丹明B，结果显示当添加GO量为10％，温度为55℃，pH为6，H2O2浓度为0.01 mol/L时，罗丹明B的去除率在70 min高达96％。并且在IPA和NaCl存在时，复合材料的催化性能并没有受到抑制，而且其催化速率进一步增大。
　　通过酰胺反应将MnTAPc负载到BFG表面，制备出MnTAPc-BFG复合材料，以透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)等测试方法对复合材料的结构进行了表征，结果表明MnTAPc通过共价键与BFG连接。在紫外光照射下用MnTAPc-BFG复合材料催化降解罗丹明B，结果显示与纯MnTAPc相比，MnTAPc-BFG对罗丹明B具有更高的降解率，当BFG添加量为10％，MnTAPc-10％BFG的降解率在3.5 h达到90％，这是由于BFG可以将光激发产生的光生电子迅速转移，抑制了光生电子与空穴的复合，使催化效率提高，而当BFG添加过多时，MnTAPc对光的吸收减少，从而使催化效率降低。
　　通过溶剂热法将钛酸四正丁酯(Ti(OBu)4)与BFG反应，制备出TiO2-BFG复合材料，通过XRD和XPS对复合材料的结构进行了表征，结果表明TiO2通过共价键与BFG连接。在紫外光下用TiO2-BFG复合材料催化降解四硝基苯酚，结果显示TiO2-BFG比纯TiO2表现出更加优异的催化性能，当反应时间为4h，BFG的添加量为10 mg，复合材料的降解率在1h达到89％。实验证明BFG的加入能有效提高TiO2降解四硝基苯酚的催化性能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 酞菁的概述

1．1．1 酞菁的研究概况

1．1．2 酞菁化合物在催化方面的应用

1．2 二氧化钛的概述

1．2．1 二氧化钛在光催化方面的应用

1．3 石墨烯的概述

1．3．1 石墨烯的结构

1．3．2 石墨烯的性质

1．3．3 石墨烯的衍生物

1．4 石墨烯基复合材料的概述

1．4．1 在光催化方面的应用

1．5 过氧化氢简介

1．6 课题的研究背景及意义

第二章 酞菁锰-氧化石墨烯复合材料的制备及其催化H2O2降解罗丹明B的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．2 实验仪器

2．2．3 氧化石墨烯的制备

2．2．5 四硝基酞菁锰的合成

2．2．6 四氨基酞菁锰的合成

2．2．7 氧化石墨烯-酞菁锰(MnTAPc-GO)复合材料的制备

2．3．1 TEM表征

2．3．2 XRD表征

2．3．3 拉曼表征

2．4 MnTAPc-GO复合材料的表征

2．4．1 TEM表征

2．4．2 红外光谱表征

2．4．3 XPS表征

2．5 MnTAPc-GO的光催化活性测试

2．5．2 MnTAPc-GO复合材料催化H2O2降解罗丹明B的影响因素

2．5．3 催化剂的循环使用

2．6 本章小结

第三章 酞菁锰-苯甲酸功能化石墨烯复合材料的制备及光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．3 还原石墨烯的制备

3．2．4 苯甲酸功能化石墨烯的制各

3．2．5 苯甲酸功能化石墨烯-酞菁锰(MnTAPc-BFG)复合材料的制备

3．3．1 TEM表征

3．3．2 XRD表征

3．3．3 拉曼表征

3．4 MnTAPc-BFG复合材料的表征及光催化活性测试

3．4．1 TEM表征

3．4．2 红外光谱表征

3．4．3 拉曼表征

3．4．4 XPS表征

3．4．5 MnTAPc-BFG的光催化活性测试

3．4．6 催化剂的循环利用

3．4．7 光催化机理研究

3．5 结论

第四章 二氧化钛-苯甲酸功能化石墨烯复合材料的制备及光催化性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与药品

4．2．2 仪器及设备

4．3 二氧化钛-苯甲酸功能化石墨烯复合材料的表征及光催化性能研究

4．3．1 XRD表征

4．3．2 XPS表征

4．4 TiO2-BFG复合材料的光催化活性测试

4．4．1 反应时间对光催化降解反应的影响

4．4．2 BFG负载量对催化降解性能的影响

4．5 结论

第五章 全文总结

参考文献