基于光敏基元构筑共价有机框架及其光催化降解芥子气模拟物性能研究

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共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,简称为COFs)是一种由碳、氮、氧、硼等轻原子通过共价键构筑而成的晶态多孔材料。因高的孔隙率、大的比表面积、优异的化学稳定性和热稳定性、延伸的π共轭骨架和易调的结构等优点,COFs在光催化降解有毒化学物质的应用领域已崭露头角。芥子气(双(2-氯乙基)硫醚,也被称为HD)是目前生产、储存且使用量最多的化学战剂之一,可对皮肤、眼睛和呼吸系统造成急性或慢性伤害。选择性将HD氧化成亚砜是一种有效的脱毒方法。单线态氧(1O2)作为一种温和而有效的HD脱毒氧化剂,可以通过光敏剂在光的照射下由基态变为激发态,激发态的能量传递给周围的氧气而产生。本论文中,通过调控光敏构筑单元来调控COFs光催化降解芥子气模拟物2-氯乙基硫醚(CEES)的性能,并研究了 COFs中键合方式与其光化学性质之间的关系,具体研究内容如下:一、在第二章中,以四苯乙烯基光敏构筑单元成功合成了一种由亚胺连接的新型COFs材料,即TPE-D COF,并与文献报道的缩醛胺连接的四苯乙烯基COFs(Aminal-COF-1)进行了光催化降解CEES活性的对比。实验结果表明Amianl-COF-1降解CEES活性优于TPE-D COF。根据3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化实验,Amianl-COF-1的氧化活性高于TPE-D COF,可以产生一定量的活性氧物种1O2,而TPE-D COF基本上不产生活性氧。本研究结果显示COFs中构筑单元之间不同的连接方式可能导致光催化性能存在较大差异。二、第三章中以卟啉为光敏单元成功构筑了一种由缩醛胺连接的新型COFs材料,即Por-Aminal-COF。Por-Aminal-COF对比于传统亚胺连接的Por-COF和COF-366对CEES表现出优异的光催化降解活性,其降解CEES的半衰期为5 min。通过TMB氧化实验、电子自旋共振波谱和9,10-二甲基蒽的荧光淬灭实验,证实了 Por-Aminal-COF产生1O2的能力强于Por-COF和COF-366。为进一步分析COFs键合方式与光化学性质之间关系,使用瞬态吸收光谱进行机理研究。结果表明Por-Aminal-COF独特的键合方式使得大量的激发态电子通过系间窜越到激发三重态,增强了其与基态氧气发生能量转移产生1O2的能力,从而使其表现出比Por-COF和COF-366更为优异的CEES降解效率。该研究为通过调控键合方式来优化COFs的光催化性能提供了实验指导。
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