多酸基杂化材料的设计、合成及光电性能研究

作     者：迟家琪 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏忠民

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：多酸 金属有机框架 光催化 电催化 水热反应 

摘      要：由过渡金属离子通过氧原子桥接组成的多金属氧酸盐(polyoxometalates,简称POMs)因具备独特特性,已广泛应用于多个领域。但多酸溶解度高,导致回收再利用不便,因此可将其与金属离子和有机配体结合形成杂化材料而改善这一缺点。由此,本论文选择了两种柔性链状配体与POMs及过渡金属离子合成了五种新型的多酸基杂化材料,并研究在光电催化方面的性质。1、合成了一例多酸基杂化材料[Co(btrp)(HO)(β-MoO)]·HO(C1,btrp=1,3-双(1,2,4-三氮唑-1-基)丙烷)。实验发现C1对NO或HO具有电催化还原性质。同时也测试了C1在可见光条件下的光催化降解染料性质,发现其对染料降解具有良好的选择性且效果显著,并且可重复使用且结构稳定。2、通过水热反应合成了多酸基杂化材料[Ni(btrp)(HO)(β-MoO)]·HO(CUST-511)。用聚多巴胺包裹化合物后再高温碳化得到碳化物材料并测试其电解水产氢性质。实验发现,POMs中金属及配体中含有的N原子会在热解后生成MoC和N掺杂的碳层,二者协同作用提高HER性能。3、合成了一例多酸基金属有机框架材料[Co(HO)(btbu)(β-MoO)](CUST-512,btbu=1,4-双(1,2,4-三氮唑-1-基)丁烷),其结构中,多酸簇中的Mo原子直接与配体中的N原子配位且过渡金属Ni原子与多酸簇表面的O原子配位形成三维多酸基金属有机框架。基于化合物中多酸簇的特性,通过实验发现CUST-512对亚硝基有良好的电催化还原性质。4、经一步水热法制备了多酸基金属有机框架材料[Co(btrp)(HO)(PMoO)](CUST-513),解析结构发现在相同的合成条件下可生成两种不同结构。在可见光条件下测试CUST-513的光催化降解染料性质,发现化合物对染料具有良好的选择性光催化降解的性质。通过对催化后的化合物测试XRD和重复性实验发现,其结构稳定且具备良好的重复利用率。