卟啉类功能材料的制备及电催化碳—氯键活化的应用

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有机氯污染物因其高毒性、生物蓄积性和长期残留性一直困扰着人类的生产和生活,寻找高效的有机氯化合物降解方法一直是研究者追求的目标。研究表明,电化学还原催化降解技术无污染、易操作,已成为解决该难题的理想选择。此外,电化学还原催化技术亦可应用于析氢反应。在本文研究中,选取了滴滴涕(DDT)和六氯环己烷(HCH)及其同分异构体为有机氯污染物的典型代表,设计合成了Mn(Ⅲ)Cl(α-α’OC5H11)8-Pc、Co(Ⅱ)(α-α’OC5H11)8-Pc两例富电子酞菁金属配合物为催化剂,研究它们电化学还原催化脱氯降解反应及机理,利用紫外-可见光谱、磁圆二色光谱、电化学和光谱电化学等手段,结合TD-DFT理论计算对化合物的电子结构进行了深入研究。在控制电位下,以Co(Ⅱ)(α-α’OC5H11)8-Pc为催化剂对有机氯污染物进行整体降解,通过气相色谱-质谱联用技术对降解产物进行分析,结合原位光谱电化学测定,提出了DDT的脱氯降解机理。实验结果表明,利用富电子酞菁配合物为催化剂,首次实现了DDT中C(sp3)-Cl、C(sp2)-Cl键及芳环体系的C(sp2)-Cl键催化断裂,同时伴随着C-C键的断裂和C-O键的生成。利用Mn(Ⅲ)Cl(α-α’OC5H11)8-Pc为催化剂,以不同构象的HCH(包括γ-HCH、α-HCH和β-HCH)为目标分子进行了脱氯研究,首次实现了β-HCH的电催化高效降解。研究表明,催化剂对不同构象的HCH表现出不同的催化效果,随着HCH分子中所含e键个数的增多,催化剂的催化效率降低。此外,我们利用金属卟啉和酞菁的催化特性与磁性材料的易分离性,设计合成具有金属卟啉和酞菁修饰的磁性复合材Fe3O4@SiO2@Cobalt(Ⅱ)Porphyrin,通过XRD、SEM、SQUID等手段对材料进行表征。利用循环伏安法、控制电位电解法对γ-HCH进行催化降解研究,研究结果表明该复合材料催化剂可以高效的催化还原γ-HCH,并且通过磁性分离手段实现了催化剂的回收与循环使用。
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