三维纳米复合材料的合成、表征及其在光催化反应和光催化杀菌中的应用

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纳米技术在近些年来得到了飞速的发展,纳米材料由于其独特的尺寸小以及表面能高等特点使其也在化学、物理、医学等领域的应用得到了进一步的拓展。在众多纳米材料中,三维纳米材料因其具有大的比表面积和丰富的孔结构等特点,其在实际应用方面也具有更特殊的优点,例如,将其作为吸附剂来进行环境污染物处理时,可以实现快速大容量吸附,效果显著;将其作为纳米传感器时,其表面会负载了大量的特异性物质,会使得信号放大从而检测灵敏度高、选择性好;而将其作为光反应催化剂时,会使得反应底物在催化剂表面吸附的同时更全面的发生反应,该材料也能实现光的有效富集,有效的摒弃易团聚和再堆积的缺点,保留材料各组分的活性位点从而使得材料的稳定性和光催化活性得到提高。利用一些特殊的有机小分子配体聚合物对纳米材料表面进行组装和修饰,使其具有三维的空间结构,进一步优化其的特性,使其在光催化有机反应、光杀菌以及检测等领域具有很好的效应。为此,本论文在前人研究成果的基础上,研究了三维纳米材料的构建,以及它们在光催化有机反应,光杀菌等领域的应用,主要进行了以下三个方面的工作。一、对核壳结构Fe3O4@Cu2-x S NPs以及磁性纳米粒子Fe3O4 NPs修饰上配位聚合物(DIB-TETA)构成两种三维的可溶性的多孔无机纳米配合物框架材料(Fe3O4@Cu2-x S-FS和Fe3O4-FS)并将Fe3O4@Cu2-x S-FS作为铃木偶联反应的光催化剂;二、光诱导一步合成三维的核桃状多孔Au/配合物框架纳米材料,用于光照杀菌性能的研究;三、光诱导一步合成Pd/配合物框架纳米材料,并将其作为对硝基苯酚还原的催化剂。本学位论文共分四章,简述如下:第一章:首先我们对纳米材料进行了整体的概括与描述,包含纳米技术的发展、纳米材料的分类等,接着描述了包含沉淀法,水热溶剂热、前驱物的热分解、真空冷凝法、离子溅射法以及高能磨球法等合成纳米材料的经典合成方法,然后介绍了纳米材料在光催化有机反应、光杀菌等领域的应用,最后简要介绍一种特殊的纳米材料即聚合物纳米复合材料的发展及应用。第二章:本论文利用Fe3O4@Cu2-x S NPs(Fe3O4 NPs)作为节点,修饰上配位聚合物(DIB-TETA)构成两种三维的可溶性的多孔无机纳米配合物框架材料(Fe3O4@Cu2-x S-FS和Fe3O4-FS),其中,由于Fe3O4@Cu2-x S-FS纳米材料的可溶性特性以及其在近红外区有吸收的特点,从而将该材料应用于在近红外光区催化铃木偶联反应,并且取得较好的催化效果,最高效率为92%,且该材料可通过外磁场的作用得到回收而多次循环使用。第三章:本论文利用前面工作已合成的三维可溶性的多孔无机纳米配合物框架材料,在光照条件下加入含金的物质(HAuCl4·4H2O)光诱导一步合成了一种表面具有金纳米包裹的形貌均一且类似核桃状的三维的多孔Au/配合物框架纳米材料,该材料在可见以及近红外光区都有很好的吸收,将其作为一种光照杀菌剂,具有很好的杀菌性能。在光照条件下,该纳米材料可在60 min内将大肠杆菌都杀死,而在避光条件下,大肠杆菌的数量几乎无变化,且该材料具有一定的磁性可在外磁场的作用下回收而得到循环利用。第四章:本论文对第二个工作进行了拓展,也是利用前面工作已合成的三维可溶性的多孔无机纳米配合物框架材料,在光照条件下加入含硝酸钯的溶液,光诱导一步合成了一种三维的多孔的钯掺杂于其中的Pd/配合物框架纳米材料,该三维纳米材料能催化对硝基苯酚的还原,作为催化剂其催化效果良好,从紫外吸收图上可以看出在20 min内就能将对硝基苯酚全部还原为产物对氨基苯酚。且该三维纳米材料具有一定的磁性可在外磁场的作用下回收而得到多次利用。
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