芳香四羧酸和刚性桥联配体构筑的金属-有机框架(MOF)的结构与光催化性质研究

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近几年发展起来的金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOF)作为光催化材料,可充分利用廉价的“绿色”太阳光光降解有机染料污染物,而且具有氧化能力强、降解完全、能耗低、易于合成和催化剂可回收等优点,引起了广大研究者的极大兴趣,也为环境污染治理提出了新的理念和途径。基于这个研究目的,本文致力于通过选择合适的中心金属和配体,合理控制反应条件,获得结构多样的功能化MOF,并重点研究它们的光催化性能。   第一章概述了MOF的相关概念和合成方法,选题的研究背景,选题的研究目的和意义,选题的研究内容和主要结果。   第二章、第三章、第四章为本论文的实验部分,分别基于过渡元素Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Mn的金属盐与芳香羧酸1,2,4,5-均苯四甲酸(1,2,4,5-benzenetetracarboxylate acid,H4btec)、3,3,5,5-偶氮氧联苯四羧酸(3,35,5’-azobenzenetetracarboxylicacid,H4aobtc)、3,3,4,4-联苯四羧酸(3,34,4’-biphenyltetracarboxylicacid,H4bptc)、2,2-联吡啶-3,3’,6,6’-四羧酸(2,2’-bipyridine-3,3’,6,6-tetracarboxylicacid,H4bprtc)以及刚性桥联配体4,4’-二咪唑联苯(4,4’-bis(1-imidazolyl)biphenyl,bimb)水热合成出9个未见报道的MOF,详细阐述了它们的合成方法、结构特点,并重点研究了它们在非均相体系中的光催化性能。光催化实验研究表明当分别采用不同的分子探针有机染料活性艳红(reactive brilliant red,X3B)、苯酚,这些MOF都表现出一定的光催化活性,特别是在可见光下的响应较为优越。基于光催化的实验结果,采用引入羟基自由基(·OH)淬灭剂叔丁醇(tert-butyl alcohol,TBA)的光催化实验以及以对苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)为分子探针的液体荧光检测实验等方法,深入研究了MOF光催化的反应机理,并探究了其与H2O2的协同光催化作用。粉末X射线衍射(powder X-ray diffraction,PXRD)表明这些MOF在光催化过程中具有较高的稳定性;固体漫反射(Diffuse Reflection Spectrum,DRS)分析与光催化实验结果基本一致;热重(thermogravimetric,TG)分析表明这些MOF的结构框架稳定性良好。   第五章对本论文的研究成果进行了小结,提出了本论文的创新点,并对MOF作为光催化材料的前景进行了展望。
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