噻咯和五苯基环戊二烯复合材料的光电化学研究及应用

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在人们的生产生活和文明的发展过程中,光的地位不可或缺。植物也必须通过光合作用才能将太阳能转化为化学能为自己提供生长所需养分。除了自然光以外,人们还对发光材料产生了浓厚的研究兴趣。聚集诱导发光(AIE)是一种分子聚集体比单个分子表现出更强发射的光物理现象。传统具有平面和强分子间相互作用的发光体在单分散状态下通常表现为发光,而在聚集状态下则表现为发光减弱或淬灭。AIE分子却与此相反,在有机溶液中单分散状态下不发光而在聚集状态下荧光很强。噻咯作为一类具有代表性的AIE分子,它的衍生物已经被作为发光材料和电子传输材料等应用在有机发光器件中。本文合成了1-氯-1,2,3,4,5-苯基噻咯(ClPPS)和1,2,3,4,5-五苯基环戊二烯,并对噻咯ClPPS和五苯基环戊二烯的AIE特性进行了实验。对噻咯ClPPS和五苯基环戊二烯我们还进行了光电化学的研究,并构建了含有ClPPS的复合纳米材料,对四环素进行了光催化降解。(1)首先通过二苯乙炔,金属锂以及苯基三氯硅烷合成了1-氯-1,2,3,4,5-苯基噻咯(ClPPS)。然后将ClPPS溶解在乙醇当中,并将其旋涂于采用水热法所制备的TiO2纳米线修饰的FTO电极上,最后再通过电沉积Fe Ni(OH)x的方法制备成了TiO2/ClPPS/FN的工作电极,以对噻咯基复合材料进行了一个光电流的研究。通过实验室自建的UV-vis/SECM平台,记录了材料的SECM曲线,并拟合得出了异相光电子传输速率(keff)。结果表明该材料TiO2/ClPPS/FN的光电转换效率最高。(2)合成了SiO2纳米颗粒,然后通过水解缩合的方法对SiO2纳米颗粒表面进行了修饰制备了SiO2@TiO2 NPs。将SiO2溶解后剩下空心的TiO2 NPs,最后再在空心的TiO2 NPs表面复合ClPPS和FeOOH得到了TiO2-ClPPS-FeOOH的复合材料,并对其光催化性能进行进一步研究。首先将TiO2-ClPPS-FeOOH粉末添加到装有四环素溶液的烧杯中,并在黑暗条件下搅拌1小时,然后滴加H2O2并用300W氙气灯作光源,以对四环素进行降解。结果表明在复合了ClPPS后的材料TiO2-ClPPS-FeOOH相比于TiO2-FeOOH等其他对比材料有更好的光催化性能。在14分钟左右它对10 mg·L-1的四环素的去除率在99%以上。(3)在无水无氧的条件下,利用N’,N-二甲基甲酰胺、醋酸钯、三叔丁基膦等试剂合成了具有AIE性质的有机分子1,2,3,4,5-五苯基环戊二烯。然后通过1H NMR、HR-MS、UV-vis吸收光谱和荧光发射光谱对其进行了表征。最后将五苯基环戊二烯溶解在四氢呋喃中,通过添加水相,对其AIE性能进行了验证。结合SECM与紫外可见光源连用技术,证明五苯基环戊二烯(PPCP)具有较快的光激发电子转移动力学,TiO2/PPCP的光诱导电子转移动力学常数为7.09×10-2 cm·s-1。
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