卟啉分子聚集體光催化劑及其光催化產(chǎn)氧性能的研究.pdf

1、光生電荷分離及電荷傳輸是影響光催化反應效率的最重要因素，特別是對于光催化水裂解的產(chǎn)氧半反應，需要經(jīng)歷復雜的四電子過程，抑制光生電荷復合是提高催化產(chǎn)氧效率的關鍵因素。由π-共軛分子自發(fā)組裝形成的有序聚集結構可有效捕獲光子提高可見光利用率，同時提高光生電荷傳輸效率。本論文著重研究了卟啉分子聚集結構對光催化水氧化反應的光生電荷分離過程的影響。設計、合成了羧基取代卟啉分子，并構建了分子聚集結構及卟啉/氧化鈰負載型復合納米聚集結構，通過光譜、電化

2、學方法等分別研究了分子聚集結構以及復合納米結構的光、電化學性質，光生電荷分離過程及光催化水氧化性能，為探究及發(fā)展π-共軛分子聚集結構在光能轉化領域的應用，以及通過分子聚集結構的負載提高氧化物半導體可見光利用率、抑制電荷復合、及提高催化穩(wěn)定性等提供有益的思路，并為制備有效的復合有機-無機雜化納米結構提供了簡便可行的方法。論文主要研究內容如下:
　　1.卟啉J-聚集體的電化學和光催化產(chǎn)氧性質的研究。合成并制備了5，10，15，20-四

3、(4-羧基苯基)卟啉(H2TCPP)的J-型聚集結構，聚集體的吸收光譜紅移有利于提高可見光利用率。探討了卟啉聚集體的光驅動電化學水氧化的過程。該J-聚集結構有利于光激發(fā)電子的長程傳輸從而有利于電荷在聚集體結構表面的富集;聚集體為電催化產(chǎn)氧活性，在光的作用下有效降低了氧化過電位而表現(xiàn)出較高的光催化產(chǎn)氧活性;強酸性條件下仍保持極佳的光催化產(chǎn)氧穩(wěn)定性，克服了大多數(shù)過渡金屬化合物半導體在酸性甚至中性環(huán)境中失活的問題。
　　2.CeO2-H

4、2TCPP納米復合材料的制備及其光催化產(chǎn)氧性質的研究。將不同質量比例的H2TCPP摻雜入空心氧化鈰內，制備了CeO2-H2TCPP有機-無機納米復合催化劑。通過各種譜學手段、電化學及電鏡表征對比研究了該系列復合納米結構的基本結構和性質。在特定條件下H2TCPP分子以J-聚集體的形式結合在氧化鈰表面或者進入氧化鈰的空腔內。卟啉分子J-聚集體的存在使復合納米結構的吸收光譜紅移，有利于提高可見光激發(fā)效率。卟啉分子的含量對復合納米材料的比表面積