长链卟啉—石墨烯复合材料的合成、光电性质及应用研究

来源 :长春师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hlxcun871
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卟啉金属配合物是一类以四个吡咯环相连为骨架的大π共轭体系的金属化合物,因其拥有π电子体系、较大比表面积、大环孔道结构等特点而备受关注。石墨稀作为一种新型的二维载体碳原子材料,具有极高的比表面积、高电导率、优良的光学性质和特殊的热稳定性,也备受科研工作者的青睐。所以本文将合成的卟啉金属配合物与石墨烯通过非共价键结合,既能保持卟啉大分子优良的电催化性能,又不会使石墨烯独特的电子特性和结构特征遭到破坏,在电化学传感器及光催化降解方面可以很好地发挥二者的优势。本文主要的研究内容包括以下几个方面:(1)利用Adler-Longo法以简单的化合物为起始反应物通过多步反应制得三种不同链长的卟啉化合物,分别是5,10,15,20-四[3,5-二(甲氧基)-4-(癸烷基酰氧基)苯基]卟啉(10-P)、5,10,15,20-四[3,5-二(甲氧基)-4-(十二烷基酰氧基)苯基]卟啉(12-P)、5,10,15,20-四[3,5-二(甲氧基)-4-(十四烷基酰氧基)苯基]卟啉(14-P)。再将这三种卟啉配体与金属盐进行配位,最后得到十八种卟啉金属配合物。通过元素分析、核磁共振氢谱(1H NMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)对所合成的卟啉金属配合物进行了表征。结果证明所合成物质为目标产物。通过荧光光谱(FL)、时间分辨荧光光谱对卟啉配体及其金属配合物的光学性质进行了研究。通过热重(TGA)研究了卟啉配体与金属配合物的热稳定性。采用循环伏安法(CV)研究了卟啉配体及其金属配合物的电化学性质。研究了卟啉金属配合物对有机染料亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明,部分物质具有荧光性质并计算了荧光寿命;所合成物质热稳定性较好,具有电化学活性,可做光催化降解的催化剂。(2)利用Hummers法将石墨氧化制得石墨烯氧化物(GO)。并将制得的系列卟啉金属配合物与石墨烯氧化物按1:1的体积比分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,超声混合30 min,利用卟啉金属配合物与石墨烯之间的π-π非共价作用即可得到均匀的长链卟啉-石墨烯复合材料。通过UV-Vis、IR、SEM对复合材料进行结构表征测试,研究了复合材料的分散性能。结果表明石墨烯与卟啉金属配合物有效地结合。(3)利用滴涂法制备长链卟啉-石墨烯复合电极。利用CV测试复合材料修饰电极催化还原氧气性能,所合成的复合材料对氧气的还原有很好的电催化活性,结果表明长链卟啉金属配合物与氧化石墨烯之间的相互作用对O2催化还原产生了协同作用。研究了复合材料对有机染料亚甲基蓝的光催化降解性能,结果表明所合成的复合材料在降解亚甲基蓝溶液时均显现出了光催化活性,且催化活性均高于长链卟啉金属配合物。
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