金屬卟啉-ZnO復合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、光催化作為一種新興的綠色技術，在解決環(huán)境以及能源問題等方面扮演著極為重要的角色，ZnO以其自身獨特的光催化性能受到了人們的普遍青睞，但仍存在可見光下不能被激發(fā)、電子-空穴極易復合等問題。目前，解決這一問題最為關鍵的是：減少ZnO電子-空穴的復合幾率，拓展其光譜響應范圍。金屬卟啉在可見光區(qū)域（Soret帶：400-450 nm；Q帶：450-700 nm）有著很強的吸收，同時與半導體ZnO間的能級較為匹配，且對光、熱穩(wěn)定。本文中我們將以金

2、屬卟啉作為敏化劑，研究金屬卟啉-ZnO復合材料的制備方法，考察其光催化性能，期望可以有效拓展ZnO的可見光響應范圍，力求總結出可見光催化下的污染物降解規(guī)律，為光催化技術在污水處理中的應用提供理論前提。
　　本論文主要研究結果如下：
　?。?）以吡咯（C4H5N）、苯甲醛（C7H6O）和對羥基苯甲醛（C7H6O2）為原料，選用Adler法制備了四苯基卟啉（TPP）和四羥基卟啉（THPP），然后分別以TPP和THPP與五種金屬（

3、Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)）進行反應，合成了八種金屬卟啉配合物：MnTPP、CoTPP、NiTPP、CuTPP、ZnTPP、CoTHPP、NiTHPP和ZnTHPP，并進行了相應的紅外光譜、紫外光譜和元素分析，結果表明，產物皆為期望化合物。同時，利用Chemdraw3D軟件繪出各種卟啉的分子結構，并計算出不同卟啉的能級。
　?。?）分別使用八種金屬卟啉（MnTPP、CoTPP、NiTPP、CuTPP

4、、ZnTPP、CoTHPP、NiTHPP、ZnTHPP）為敏化劑，制備出八種金屬卟啉-ZnO復合材料，采用XRD、SEM、UV-vis DRS、FT-IR、BET等方法分別對所得金屬卟啉-ZnO復合材料進行了結構與性能的表征和分析。通過降解染料（亞甲基藍(MB)、羅丹明B(RhB)），對復合材料的光催化活性做出評價，結果表明，在可見光下，不同金屬卟啉-ZnO復合材料皆顯示出不同能力的光催化活性，其中光催化活性最優(yōu)異的是CoTHPP-Zn

5、O,在氙燈（150 W）照射下，120 min，對10 mg/L的MB溶液的降解率可達98.8％，對10 mg/L的RhB溶液的降解率可達99.5%，同時，將所制備的復合材料應用于幾種代表性的抗生素類藥物的光催化降解。
　　（3）在合成Co卟啉化合物（CoTPP，CoTHPP）的基礎上，制備了氨基取代（meso位）的新型卟啉結構：氨基卟啉鈷（CoNH2TPP）。選用回流法與TDI修飾的ZnO（TDI-ZnO）復合，合成了鈷卟啉敏化

6、TDI-ZnO復合材料（CoNH2TPP-TDI-ZnO）。使用UV-vis、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS及BET等測試技術對CoNH2TPP-TDI-ZnO進行了結構分析與形貌表征。以 MB、洛美沙星和左氧氟沙星為代表，考察了可見光照射下CoNH2TPP-TDI-ZnO的光催化性能。結果表明，CoNH2TPP-TDI-ZnO具有良好的可見光催化活性，在150 W氙燈照射下，120 min,對10 mg/L的MB溶液

7、的降解率可達97.7%，90 min，對15 mg/L洛美沙星溶液的降解率可達91.1%，對15 mg/L左氧氟沙星溶液的降解率可達98.7%，且CoNH2TPP-TDI-ZnO重復使用5次后，其催化性能仍基本保持不變。
　?。?）以吡咯（C4H5N）和對羧基苯甲醛（C8H5O3）為原料，采用 Adler法制備了四羧基苯基卟啉（TCPP），并進一步合成了Fe的配合物（FeTCPP）。采用回流法分別與ZnO、經 TDI修飾的ZnO（

8、TDI-ZnO）復合，合成了兩種復合光催化劑（FeTCPP-ZnO，FeTCPP-TDI-ZnO）。通過UV-vis、FT-IR、XRD、SEM、UV-vis DRS、BET等測試手段對FeTCPP-ZnO和FeTCPP-TDI-ZnO進行了結構與形貌的表征和分析。以MB、洛美沙星和左氧氟沙星為代表，考察了其在可見光下的光催化性能。結果表明，可見光下，FeTCPP-ZnO和FeTCPP-TDI-ZnO皆有著很高的催化活性，用150 W氙