亚胺型共价有机框架的设计、合成及其光催化应用-文献详情-维普官网

文献检索

任意字段

文献信息

任意字段
主题词
篇关摘
篇名
关键词
摘要
作者
第一作者
作者单位
刊名
中图分类号
学科分类号
DOI
基金

智能检索

高级检索

检索历史

亚胺型共价有机框架的设计、合成及其光催化应用认领

作者：

杨卿如

学位授予单位：

吉林大学

摘要：

近些年来,全球能源的消耗加快且环境污染愈发严重,促使人们寻求清洁能源和可再生资源。其中,基于半导体材料的光催化技术在解决能源与环境问题方面展现出独特优势,被学术界广泛视作当前最具发展潜力的技术方案之一。在众多半导体光催化剂中,共价有机框架材料（COFs）由于其高比表面积、能带结构可调控和出色的化学稳定性等特点脱颖而出,在光催化有机转化及合成H2O2领域展现了巨大潜力。然而,COFs在实际应用中仍面临一些挑战,如可见光利用效率不高、电子-空穴复合率较高以及在无牺牲剂条件下的活性不足等问题。本研究通过分子设计与合成化学手段,成功构建了一系列以亚胺键为连接单元的新型共价有机框架材料体系。利用多种表征手段:PXRD、FT-IR、13C CP-MAS NMR、XPS、SEM及氮气吸脱附测试来确认材料的合成、形貌及孔性能,采用UV-vis、PL、TGA及光电化学测试这些表征对材料的光电性能、热稳定性及能带结构进行进一步的探究和评估,随后深入探究了材料在光催化苯并咪唑类化合物及产H2O2中的表现,研究内容分为三个主要部分,具体阐述如下: 1.选用4,4'-(2,6-二甲基苯并[1,2-d:4,5-d']双（噁唑）-4,8-二基)二苯胺（OZ）与1,3,6,8-四（4-甲酰基苯基）芘（Py）两单体为构筑单元通过希夫碱缩合反应成功合成了亚胺键连接的共价有机框架材料Py-OZ-COF。该材料具有堆积有序的结构、优异的化学稳定性,该结构包括的苯并二噁唑环通过其扩展的π共轭体系,显著增强了材料对可见光区域的吸收能力。同时,在电化学性能测试中,Py-OZ-COF材料表现出优异的光电响应特性,这主要归功于苯并二噁唑环独特的电子结构和光物理性质。这种结构不仅拓宽了材料的光吸收范围,还促进了光生载流子的高效分离与传输,从而提升了材料的光电转换效率。本章系统评估了Py-OZ-COF作为非均相光催化剂在药物分子合成领域及光催化合成H2O2领域的应用潜力。实验数据表明,该材料不仅在2-芳基苯并咪唑（分离产率:80%-98%）合成反应中表现出优异的催化活性,而且在光催化产H2O2体系中也展现出显著的催化效能（速率:1347μmol g?1h?1）。 2.将Py分别与对苯二胺（PD）和2,5-二噻吩-1,4-苯二胺（TB）通过溶剂热法缩聚合成PyPD-COF和PyTB-COF。合成的材料中噻吩基团的引入有助于形成更加有序的二维结构框架,提升了材料的化学稳定性,并且可与Py协同拓宽COF的光吸收范围,使其在可见光甚至近红外区域表现出优异的光学性能,这些特性使得PyTB-COF在光催化领域具有潜在的应用价值。将两材料应用于光催化合成H2O2,结果表明,两材料都有催化H2O2合成的活性,并且PyTB-COF的催化活性（纯水中产速率:1902μmol g?1h?1,苯甲醇为牺牲剂的水溶液中速率:3934μmol g?1h?1）优于PyPD-COF（纯水中速率:362μmol g?1h?1,苯甲醇为牺牲剂的水溶液中速率:1511μmol g?1h?1）。通过机理验证实验与理论计算结合证明,两材料的光催化过程均为两步单电子的氧还原反应机制。 3.进一步将TB作为电子供体（D）,4,4',4''-（1,3,5-三嗪-2,4,6-三基）三苯甲醛（TF）作为电子受体（A）,缩合合成的D-A型TFTB-COF具有高结晶性、优秀的热稳定性和化学稳定性、高比表面积并且具有理想的带隙和光电性能。研究了其在光催化合成H2O2中的活性。结果表明,TFTB-COF表现出了较高的光催化H2O2的活性（纯水中速率:2983μmol g?1h?1,苯甲醇为牺牲剂的水溶液中速率:6575μmol g?1h?1）,且通过实验和计算表明了H2O2合成的主要通道为两步单电子的氧还原过程。

摘要译文

关键词：

共价有机框架; 光催化; 产过氧化氢; 噁唑; 噻吩

学位年度：

2025

学位类型：

硕士

学科专业：

化学（应用化学）

导师：

苏清

中图分类号：

O644.1[光化学];O643.36[催化剂]

学科分类号：

070304[物理化学];070307[理论与计算化学];081704[应用化学];081705[工业催化]

D O I：

10.27162/d.cnki.gjlin.2025.002552