基于4,4’-二苯醚二甲酸的微纳米配合物尺寸可控合成及其光催化性质研究

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微纳米配合物材料由于具有许多独特的化学和物理性质,因而在光、电、磁等领域得到广泛应用。它们可以通过合适的金属盐和具有特征官能团的配体通过自组装而形成。微纳米配合物材料比起大块金属有机骨架材料在尺寸和形貌上表现出更高的可调协性。目前有许多方法可以合成尺寸和形貌可以控制的配合物,如水热法、微乳液法、封端剂法等。本文为了探索一种可重复利用、高效环保的新型光催化剂,以水热/溶剂热法为主,封端剂法及微乳液法为辅,尺寸可控地合成了不同大小的微纳米配合物材料,并研究尺寸和光催化降解率之间的规律。以4,4’-二苯醚二甲酸(oba)和4,4’-联吡啶(4,4’-bpy)为配体,Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)为金属离子,探讨反应物摩尔比、三乙胺量、反应温度、保温时间和降温方式等因素对配合物结构和尺寸的影响,成功合成了三种具有不同尺寸的微纳米配位聚合物材料:[Ni(4,4’-bpy)(oba)]n(1),[Co2(4,4’-bpy)(oba)]n(2)和[Zn(4,4’-bpy)(oba)]n(3)。通过X-射线粉末衍射分析表征了配合物的结构,用扫描电子显微镜研究了配合物的尺寸和形貌,并借助UV-vis光谱详细研究了不同尺寸配合物对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)染料的光催化降解性质。此外,还详细研究了配合物[Cu7(4-bpt)6(CN)(H2O)(4)的光催化降解性质。本文所得主要结论如下:(1)通过水热法和微乳液法控制反应条件成功合成了尺寸可控的30μm、60μm、120μm和200μm的配合物1晶体。配合物1的禁带宽度约为2.63eV,在UV照射下其对RhB、MB和MO三种染料都有很好的降解作用,且随着配合物1的尺寸减小,其对染料的光催化降解能力增强,其中30μm的配合物1的光催化性能已经高于纳米级的TiO2。配合物1经过一次光催化降解过程后,结构保持不变,还可用于二次的染料降解,具有很好的循环实用价值。(2)利用水热法和封端剂法调节反应因素合成了尺寸可控的10μm、60μm、90μm和130μm的配合物2晶体及30μm、60μm、120μm和250μm的配合物3晶体。配合物2和3的禁带宽度分别约是2.68eV和2.94eV,均具有良好的选择性光催化活性和循环利用性质,且随着配合物的尺寸减小,其对染料的光催化降解能力增强;在UV照射下配合物2对RhB有高的催化降解活性,而配合物3对MB有高的催化活性。(3)利用水热法成功合成了一个新颖的铜配合物[Cu7(4-bpt)6(CN)(H2O)](4)晶体,含有四种晶体学独立的Cu配位中心,分别形成二配位的直线构型、三配位的“Y”形平面三角形构型和四配位的扭曲四面体构型。配合物4的禁带宽度约为2.17eV,UV光照10min、30min后对RhB染料的降解率达69.46%和92.90%,均优于纳米级TiO2(53.20%、83.50%)。
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