苝染料的合成及敏化PtTiO,2可见光催化分解水制氢.pdf

氢能是一种高效清洁能源，利用太阳能通过半导体光催化分解水制氢，有望使氢能成 为人类普遍使用的一种优质、干净的新能源。在光催化分解水制氢研究领域，Ti02以稳定 性高、耐光腐蚀、环境友好和应用成本低等特点成为最有应用前景的光催化剂之一。由于 Ti02的带隙高达3．2eV，只能吸收紫外光分解水制氢，不能将可见光转化为化学能，因此， 必须对Ti02进行改性，使其光谱响应范围拓展到可见光区。染料敏化Ti02是实现上述转 变的有效途径之一。目前，已经研究的染料主要有联吡啶钌配合物、酞菁、卟啉、曙红等， 而应用花染料敏化Ti02光催化分解水制氢的研究鲜见报道。 本论文主要研究工作包括花染料的合成及其在敏化Pt厂ri02光催化分解水制氢中的应 用和机理，具体包括四个部分。 第一，合成并分离提纯得到高纯度的花染料。 的N，N’-二(4-吡啶基)一3，4，9，10-花四羧酸二酰亚胺。通过元素分析(elementalanaly或s)、核磁 NMR和13C 共振(1H 结果表明，该方法获得了高纯度的DPPBI；热重分析结果表明，DPPBI5％的热失重温度 为480℃左右，具有优异的热稳定性能；荧光光谱表明，其在丙酮中的最大荧光发射强度 位于524．5nm。 第二，Pt厂ri02和DPPBI／Pt厂ri02的制备和表征。 IR和UV．Vis i 附曲线、比表面积、平均孔径和孔容数据显示，Ti02具有介孔材料的特征，但孔道结构比 较复杂，孔道结构呈现不均匀性，并有部分孔道类似于圆柱型孔道。在Pt门n02中，随着Pt 含量的增加，介孔逐渐被封堵，平均孔径逐渐增大，比表面积和孔容逐渐减小。 第三，光催化剂DPPBI／o．4％Pt厂ri02的性能研究。 条新途径。 第四，花染料能级参数的量子化学计算及其结构优化。 子化学计算，探讨了花染料敏化Pt用02可见光催化分解水制氢反应机理。结果表明，花四 羧酸二酰亚胺类染料的发色基团是花四羧酸二酰亚胺(环)，1，6，7，12位的取代基为助色基 团，助色基团通过共轭作用增大花环上p电子的离域，改变花染料的最大吸收波长，拓宽 光谱响应范围，而N，N’位取代基对吸收光谱几乎没有贡献；花四羧酸二酰亚胺类染料的电 子最大吸收光谱主要是由日舢“舢的跃迁所贡献的，因此，通过fj{『线轨道的能级 差厶E俾也)可以近似地得到最大吸收光谱的数据，通过比较册肿和工啪的组成和能 级，可解释一些光电性能及现象；1，6，7，12位的取代基作为助色基团对花环共轭体系的影 响是多因素作用的结果，从分析结果看，类似PBI11结构的新型花四羧酸二酰亚胺类染 料，有望具有优异的光催化性能。上述结果揭示了花四羧酸二酰亚胺及其衍生物的构效关 系和内在规律，为进一步设计、合成、开发和应用性能更佳的新型花类染料提供了理论依 据。 关键词：花，染料，二氧化钛，光催化，制氢 Abstract havebeen tothe Of asan andmOreattentions applicatiOnhydrogen Recently；more paid themost and fuels．The carriersinceitisoneof ef!ficient，cleanestlightest energy f而mwater wouldmake asarenewable production splittingbyphotocatalysishydrogenenergy minimalenVironmentaleffect． increased and sources，and popularity energy having