硕士学位论文-sno2基酞菁敏化纳米复合光催化材料的制备、结构与性能研究

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1、FuzhouUniversityDissertationtoApplyforMaster’sDegreeofAppliedChemistryPREPARATIONANDCHARACTERIZATIONOFSnO2-BASEDPHTHALOCYANINESENSITIZEDNANOMATERIALSUSEDASPHOTOCATALYSTByFANGWANGSupervisedByAssociateProfessor:HAIBOPANMay,2006摘要金红石相SnO2半导体材料禁带宽度为3.6eV，只能被紫外光激发才具有光催化活性，大大限制了其在可见光下的应用，但其所具有的特殊氧化还原电位，有利

2、于深度降解待降解物，可望成为新一类光催化剂。SnO2在光催化方面的研究文献报道较少。金属酞菁化合物染料很早就被用作光敏剂，具有良好的光、电、热等特性，在可见光区有强吸收。目前制备MPc/金属氧化物复合材料的方法主要有机械混合、浸渍、化学修饰等，均存在不足。本文在合成纳米级SnO2粉体基础上，首次采用原位合成方法合成酞菁/SnO2复合材料，对其进行表征，应用于可见光光催化，并对其敏化机理进行探讨，实验获得的主要结果如下：1、在SnO2合成方法上，以SnCl4·5H2O为源材料，分别采用溶胶－凝胶法和尿素－氨水沉淀法制备了纳米SnO2粉体，所得粉体晶粒尺寸在4～5nm左右。2、通过先期用溶胶－凝胶

3、法和尿素－氨水沉淀法合成Sn(OH)4，再分别采用邻苯二腈、4-硝基邻苯二腈、4-磺基邻苯二睛单钾盐为碎片、Co(II)为模板，在纳米颗粒表面直接原位合成CoPc/SnO2、CoTSPc/SnO2、CoTNPc/SnO2纳米复合材料。且其中有机无机相间形成了Co-O键，提高了配合物的稳定性。3、原位合成的CoPc/SnO2复合材料中，CoPc在SnO2表面未形成晶相，复合比例≤8mol％或表面覆盖率θ≤1时，CoPc分子以单分散形式存在。4、在原位合成的CoPc/SnO2复合材料中，CoPc与SnO2分子的结合位点约为41.2，结合平衡常数为10数量级，其中范德华力影响较小，即SnO2粒子的p

4、H值对结合平衡常数影响不大，而主要是存在的Co-O化学键合起决定作用。5、本实验方法合成出的CoPc/SnO2、CoTSPc/SnO2、CoTNPc/SnO2纳米复合材料，与纯SnO2及浸渍法合成CoPc/SnO2复合材料相比，在可见光(15W节能灯)照射下，150min内罗丹明B降解率都有较大提高，光催化活性较好。其中，8mol％的CoPc/SnO2循环十次使用25h后，平均降解率87.1%，具有较好的光催化稳定性，具有较理想的应用前景。6、在可见光降解反应中，催化剂CoPc/SnO2复合比例为8mol％，催化剂用量为1g/L，罗丹明B水溶液的pH＝6时，光催化效果最好，为88.2％。7、该

5、复合材料的光敏化机理在于，首先位于SnO2颗粒表面的酞菁分子吸收可见光并激发产生电子，之后通过Co-O键注入到SnO2的导带，形成了光生电荷的有效分离；并与空气中氧气形成超氧自由基，实现可见光光催化。关键词：SnO2，酞菁，原位合成法，光催化，敏化机理IAbstractSnO2isoneofthemostpromisingsemiconductormaterialsanditsbandgapis3.6eV.ThephotocatalyticactivityofSnO2islimitedonlytotheUVregion,andhencesolarenergycannotbeeffectivel

6、yharnessed.Metalphthalocyanine(MPc)isusedtobesensitizerearlyandisoneoftheexcellentdyes.Itisknownthatmetalphthalocyaninehasexcellentchemical,lightandthermalstabilityandpossessesintensiveabsorptioninvisiblelightandnear-IRregion(Q-band:600-800nm).ThegeneralmethodsforthemodificationweredepositionofCoPcd

7、yelayersoninorganicsemiconductorpowdersbymixing,dippingandmodifyingwithchemicalsynthesis.However,thesegeneralmethodshaveacommonquestion.Inthispaper,CoPc/SnO2wasfirstsynthesizedbyanin-situmethodbasedon