【摘 要】
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在过去的几十年中,可见光驱动的光催化技术作为一种绿色环保的新技术,具有节能、无二次污染等优点,在化工基础研究和实际应用中都取得了重大突破。一般,单一的半导体光催化剂存在可见光响应范围窄、量子效率低、活性位点不足等问题,导致太阳光利用率较差、光催化活性较低。多组分复合光催化剂不仅能够整合其单一组分的优异性能,而且各组分之间构建的异质结可以有效地促进光生载流子的分离,使得其展现优异的光催化性能。三嗪基
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在过去的几十年中,可见光驱动的光催化技术作为一种绿色环保的新技术,具有节能、无二次污染等优点,在化工基础研究和实际应用中都取得了重大突破。一般,单一的半导体光催化剂存在可见光响应范围窄、量子效率低、活性位点不足等问题,导致太阳光利用率较差、光催化活性较低。多组分复合光催化剂不仅能够整合其单一组分的优异性能,而且各组分之间构建的异质结可以有效地促进光生载流子的分离,使得其展现优异的光催化性能。三嗪基多孔有机聚合物(TPOPs)作为一类富N多孔材料,因其丰富的多孔结构、优异的化学稳定性和广泛的可见光吸收性能等优点,在可见光催化研究领域具有极为出色的应用前景。本论文以TPOPs为基础,分别与NH2-MIL-53(Fe)、Ti-MOF和h-Zn Ni Fe2O4复合构建了核壳结构复合物,通过掺杂Pd NPs构建了多组分异质结光催化剂,应用于光催化Suzuki-Miyaura交叉偶联(SMC)反应,并提出了一种可能的光催化机理。本论文的主要研究内容如下:1.采用溶剂热法合成了氨基功能化铁基MOF(NH2-MIL-53(Fe))。然后,采用分步法将TPOP通过共价键锚定在NH2-MIL-53(Fe)表面得到NH2-MIL-53(Fe)@TPOP核壳结构复合物。最后,通过反向双溶剂法(RDSM)将Pd2+负载到NH2-MIL-53(Fe)@TPOP中,并用Na BH4还原得到多组分异质结光催化剂Pd@NH2-MIL-53(Fe)@TPOP。Pd@NH2-MIL-53(Fe)@TPOP对SMC反应具有良好的光催化活性和稳定性,催化碘苯和苯硼酸间的SMC反应的TOF高达773.7h-1,并且连续使用7次后,仍能获得89%的偶联产物。2.采用溶剂热法合成了氨基功能化Ti-MOF。然后,采用原位生长法将TPOP通过共价键锚定在Ti-MOF表面,构建了一系列不同壳层厚度的Ti-MOF@TPOP核壳纳米复合物,通过RDSM将Pd2+负载在纳米复合物中,用Na BH4还原得到多组分异质结纳米光催化剂Pd@Ti-MOF@TPOP。Pd@Ti-MOF@TPOP-2催化碘苯和苯硼酸间的SMC反应的TOF高达1225.0 h-1,且对活性较低的溴代芳烃底物也具有优异的催化活性。此外,Pd@Ti-MOF@TPOP-2具有优异的稳定性和良好的可重复使用性,连续使用7次后,仍能获得91%的偶联产物。3.采用溶剂热法合成了h-Zn Ni Fe2O4磁性纳米粒子,以APTMS对h-Zn Ni Fe2O4进行表面修饰后,通过原位生长法将py-TPOP锚定在氨基功能化的h-Zn Ni Fe2O4表面,构建了一系列不同壳层厚度的h-Zn Ni Fe2O4@py-TPOP磁性纳米复合物,通过RDSM将Pd2+负载在纳米复合物中,用Na BH4还原得到空心结构多组分异质结h-Zn Ni Fe2O4@py-TPOP@Pd磁性纳米光催化剂。Zn Ni Fe2O4@py-TPOP-3@Pd对SMC反应展现出非常出色的光催化性能,催化碘苯和苯硼酸间的SMC反应的TOF高达1781.8 h-1,对于较低活性的溴苯底物也展现出优异的光催化活性,TOF最高为222.7 h-1。h-Zn Ni Fe2O4@py-TPOP-3@Pd具有优异的稳定性、良好的磁响应性和再循环使用性,反应结束后可通过外加磁铁回收催化剂,并且连续使用10次后,仍能获得92%的偶联产物。
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