金属有机框架光催化剂合成、结构及降解有机染料性能研究

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:augenthaler
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目前,科学家们已经使用大量的有机桥联配体设计和合成新型MOFs。其中,特别是芳香羧酸和含氮咪唑类的桥联配体最适合构筑具有多变拓扑结构的MOFs,如:笼状、蜂窝状、互相贯穿的网状结构以及多维结构的MOFs。有机芳香羧酸配体,尤其是1,4-对苯二甲酸,4,4-联苯二甲酸,2,5-吡啶二羧酸和3,5吡啶二羧酸,由于它们具有多种配位模式和高度结构稳定性,已经被广泛的应用在构筑MOFs中。本文利用两种邻菲啰啉衍生物和有机芳香羧酸作为有机配体,以过渡金属作为金属中心,通过水热法合成了6种配合物,并详细研究了6种配合物作为光催化剂对有机染料的降解性能。主要研究内容如下:  1.利用邻菲啰啉衍生物2-(4-甲氧基苯基)-1氢-咪唑并(4,5-f)(1,10)-菲啰啉(P-HNCP)和2-(2-羧基苯基)-1氢-咪唑并(4,5-f)-(1,10)菲啰啉(O-HNCP)为主配体,以1,4-对苯二甲酸和4,4-联苯二甲酸为第二配体,在水热条件下得到了两种新型配位聚合物:[Co2(1,4-BDC)(NCP)2]n·2nH2O(1)和[Cu(ONCP)(4,4-H2BPDA)1/2(H2O)·(4,4-H2BPDA)]n(2),结构分析表明,π…π堆积作用将配合物1的二维层状结构进一步构筑成为三维(3D)超分子网络结构。将配合物2的一维链状结构进一步构筑成为二维(2D)层状结构。对配合物1和2还进行了红外光谱、紫外光谱、元素分析、X-射线单晶衍射、粉末X-射线多晶衍射和热稳定性表征并且详细研究了其作为光催化剂对甲基橙(OG),罗丹明B(RhB),亚甲基蓝(MB)和甲基紫(MV)的光催化降解性能。  2.以3,5-吡啶二羧酸构筑的金属有机框架Co(pydc)(H2O)2(3)和Ni(pydc)(H2O)(4)(pydc=3,5-吡啶二羧酸)作为可见光驱使下的光催化剂对亚甲基蓝染料都表现出很好的光催化降解性能。配合物3相对4具有更高的光催化活性,我们认为导致这两种化合物光催化活性差异的主要原因是两种化合物的中心金属离子不同。从LMCT跃迁计算得出化合物3具有较窄的带隙值,从而提高了对可见光的利用率。此外,这两种化合物光降解有机染料遵循一级动力学并且在光催化过程中都具有很好的稳定性。  3.在水热条件下,合成了两种基于2,5-吡啶二羧酸的配位聚合物:[Ni(2,5-PDC)(H2O)2](H2O)(2·H2O)(5)和[Co(2,5-HPDC)2(PHEN)](6)(2,5-H2PDC=2,5-吡啶二羧酸,PHEN=邻菲啰啉),配合物6为零维结构,通过π…π堆积作用形成一维(1D)链结构,相邻的链结构进一步通过2,5-吡啶二羧酸的羧基氧原子之间的氢键作用连接成二维(2D)层结构。配合物5和6分别对甲基紫和罗丹明B有机染料具有很好的光降解性能并且在光催化降解过程中保持很好的稳定性。
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