论文部分内容阅读
共价三嗪有机聚合物(CTFs)作为一类新型的共价有机框架材料(COFs),内部是由三嗪环连接的有机官能团而形成的框架结构,由于稳健的共价键使其表现出独特的化学性质和结构特性,近年来受到了人们的广泛关注。目前,共价三嗪有机聚合物已广泛应用于有机合成及气体吸附等方面,但其应用于光催化领域的报道还很少,且仍存在着制备条件苛刻及光催化性能不理想等问题。因此,如能优化共价三嗪有机聚合物的制备过程,并通过非金属元素掺杂改性手段改变其电子能带结构,则可能有效地提高其光催化性能。本论文以对苯二甲腈为单体,通过常温液相聚合法制备共价三嗪有机聚合物(CTF),并通过固相反应的方法对CTF进行硫元素及磷元素的掺杂修饰改性。得到的主要结论如下:(1)首次在常温条件下成功制备出共价三嗪有机聚合物,并将其应用于可见光光催化分解水产氢反应。表征技术显示所制得的CTF是一种具有一定晶型的二维平面层状结构的有机多孔材料,其禁带宽度约为2.94 eV。CTF在可见光光解水反应中表现出较高的光催化性能,且具有良好的光解水产氢稳定性,在420 nm波长处的产氢表观量子效率约为2.4%。(2)首次以共价三嗪有机聚合物和升华硫为前驱体,通过固相反应的方法成功地制备了硫掺杂的共价三嗪有机聚合物(CTFSx)。CTFSx样品均表现出比母体CTF样品更高的光解水产氢活性,其中CTFS10样品展现出最高的产氢速率,约为母体CTF样品产氢速率的5倍,达到10.2 μmolh’1(3)首次以共价三嗪有机聚合物和红磷为前驱体,通过固相反应的方法成功制备了磷掺杂的共价三嗪有机聚合物(CTFPx)。CTFPx均表现出比母体CTF样品更高的光解水产氢活性,其中CTFP10样品展现出最高的产氢速率,约为母体CTF样品产氢速率的5倍,达到9.9μmol h-1。本论文的创新点如下:(1)针对共价三嗪有机聚合物制备条件苛刻,首次开发了一种温和的常温液相制备方法,避免了金属残留元素的污染,并将其应用于可见光光催化产氢反应,此种方法可望推广到其他共价三嗪有机聚合物光催化剂的制备中。(2)首次通过非金属元素掺杂的改性手段对共价三嗪有机聚合物进行电子能带结构修饰,拓宽了共价三嗪有机聚合物光催化剂的光响应范围,提高了其光生载流子的产生效率及分离效率,有效地增强了材料的光催化反应活性。