以聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶嵌段共聚物为模板制备有序介孔金属氧化物

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介孔金属氧化物因其优异的性能被广泛应用于催化、传感等各个领域。特别是有序介孔氧化钛材料因其无毒、低成本、高催化活性等优点引起了广泛关注,因此如何利用简单的方法制备出高度有序的介孔二氧化钛基纳米材料仍然是一个巨大的挑战。本论文主要围绕有序介孔氧化钛纳米材料的制备及光催化性能的研究开展,首先研究了嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶(PS-b-PVP)在溶剂蒸汽退火过程中的自组装,探究了各种因素对其自组装结构的影响;其次选择二嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)作为结构导向剂(SDA),制备出了具有光催化性能的高度有序二维六方介孔结构二氧化钛-碳纳米材料,最后引入铁/铂离子制备出铁/铂掺杂的有序介孔二氧化钛-碳催化纳米材料,提高了其可见光催化降解性能。该方法条件温和可控,为设计,制备和掺杂的高度有序介孔材料开辟了一条新途径。(1)以嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)和3-n十五烷基苯酚(PDP)作为模型体系,三氯甲烷作为溶剂。其中功能性链段P4VP与小分子PDP之间的强氢键作用能够形成梳状的超分子组装体,在饱和氯仿蒸汽退火的过程中,通过控制退火时间制备出高度有序的柱状结构。探究了溶剂退火过程中溶剂挥发速率、PS-b-P4VP的不同组成以及乙烯基吡啶的类型对其形态的影响。有序模板的制备可为有序介孔氧化钛材料的制备提供模板。(2)选择含有羧基的柠檬酸钛(TIC)配合物作为前驱体,二嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(2-乙烯基吡啶)(PS-b-P2VP)作为结构导向剂(SDA),吡啶(PY)和乙醇(ET)作为溶剂。利用TIC中的羧基可以与溶剂吡啶和P2VP嵌段中的吡啶基团形成分子间氢键的性质,将无机和有机组分共组装,通过溶剂蒸发诱导自组装(EISA)的方法制备出高度有序的二维六方介孔结构氧化钛-碳纳米材料。当PY:EH(体积比)=0.25:1,TIC:P2VP(摩尔比)=2.0:1时,在500℃下煅烧获得的有序介孔氧化钛-碳复合纳米材料的有序性较好,并且在紫外光和可见光辐射下均具有光催化活性。紫外光辐照下,90 min亚甲基蓝的降解率近100%;在可见光辐照下,在360 min完成降解,可见光催化效果远远高于P25。(3)在第二章的基础上,利用吡啶基团可以与金属离子等形成配合物的特点,向体系中分别加入H2PtCl6·6H2O和FeCl3·6H2O金属前驱体,分别制备出Pt掺杂和Fe掺杂的有序介孔氧化钛-碳纳米材料。结果表明,在保持有序介孔结构的基础上,金属掺杂大大提高了有序介孔氧化钛-碳材料的可见光催化活性,这种良好的可见光催化性能可以归因于有序介孔二氧化钛中的金属掺杂、氮掺杂、无定型碳的存在以及相互协同效应的结果。
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