有机共轭聚合物半导体光催化剂表面结构的调控

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有机共轭聚合物的π电子共轭体系使其具有独特的光电性能。可以通过分子调控和表面修饰等方法对其氧化还原位置、孔道结构以及表面官能团进行优化。在气体吸附和分离、有机物催化转化、光催化、传感器、生物应用等领域被广泛研究。在本研究工作中,我们主要探究了有机聚合物在光催化领域的应用。通过对有机共轭聚合物表面电子结构的优化,加快表面反应动力学过程和光生电子的迁移速率,降低光生电子-空穴在催化剂表面的复合,提高其在可见光照射下光催化反应活性。本文围绕有机聚合物半导体光催化剂表面结构的调控开展研究工作。主要的工作内容以及成果如下:(1)使用咔唑基单体经过氧化偶联反应制备超交联咔唑基多孔有机聚合物。在咔唑基聚合物上负载少量的第Ⅷ族过渡金属,有效的实现了在可见光的照射下将二氧化碳转化为一氧化碳。探究了Ⅷ族金属离子对咔唑基聚合物光催化二氧化碳还原活性的影响,在可见光下其选择性可以达到89%;(2)为解决聚苯并噻二唑基共轭聚合物在动力学上难以实现分解水产氧的问题。我们使用含有水的氮气和氧化钴依次对聚苯并噻二唑进行表面处理,改善其亲水性和电子传导能力。从而提高聚苯并噻二唑光催化剂分解水产氧的能力,在可见光下产氧活性提高了8倍。本论文创新点:(1)通过简单的一步氧化偶联反应和傅克烷基化反应制备超交联咔唑基多孔有机聚合物。它具有开放性的多孔结构、高比表面积、优异的二氧化碳吸附能力,允许更多的反应物到达催化位点。(2)通过简单的方法对聚苯并噻二唑光催化剂的表面进行改性,使催化剂表面官能团和亲水性发生改变,增加了水分子在其表面的吸附能,降低了水分子在其表面的活化能垒。显著提高了聚苯并噻二唑基聚合物光催化分解水产氧的活性。
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