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作者：

张鸣

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摘要：

日益严重的水环境污染是这个时代不能规避的问题,人类活动是产生污染物的主要源头,主要包括工业污染、农业污染以及生活污染。引起水体污染最重要的原因是工业废水,而它们往往具有污染物成分复杂,溶解性好,稳定性好的特点,这使得其在水中不易净化,处理困难。随着城市发展建设的脚步越来越快,高效全面治理水体污染的任务也变得越来越迫切。由于高比表面积、高孔隙率、结构多样、多活性位点,金属有机框架材料(Metal Organic Frameworks,MOFs)作为一种新颖的高结晶度多孔固体材料,近年来在荧光传感、催化、气体吸附与储存、药物负载、光电磁等领域迅猛发展。本文合成了两种含氮杂环配体BBPTZ、TIMB作为主要配体,辅以4,4’-联吡啶、均苯三甲酸、4-硝基苯甲酸,通过合适的方式自组装合成了八个配位聚合物以及基于ZIF-8的二氧化钛纳米空心球的复合异质材料——TiO_2@ZIF-8,依据各自的结构特性分别研究了其在荧光传感、光催化领域的应用潜力。研究成果主要分为以下三个部分:配体BBPTZ和金属盐在扩散挥发法条件下自组装得到了同为一维链状结构的配合物1和配合物2,通过X射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、热重曲线得以表征。在一定波长光激发下能表现出某一波长的特征荧光。其在乙腈溶液中能表现出对三价铁离子的单一选择性,体现为强烈的荧光信号的淬灭。配合物1和配合物2作为荧光传感器用于检测三价铁离子具有高选择性、高灵敏度和低检出限的优点。配体BBPTZ辅以均苯三甲酸、4-硝基苯甲酸溶利用溶剂热法制备了具有三维结构的二配体MOFs,配合物3、4、5。配体TIMB在溶剂热法得到了配合物6。4,4’-联吡啶在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和水混合溶剂热条件下,得到了以DMF分子脱缩水解作为桥连的三维配合物7、8。通过X射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、热重曲线得以表征。通过固体紫外漫反射吸收光谱,价带X射线光电子能谱,计算了六个配合物相应的最高占有轨道(HOMO)和最低未占有轨道(LUMO)之间的能带间隙E_g,价带值VB以及导带值CB。其中配合物3、4、5、6作为MOFs材料,在紫外光条件下降解染料亚甲基蓝(MB)表现出不同程度光催化性质。配合物7、8表现了在可见光下辅以微量过氧化氢光降解亚甲基蓝的性能。利用已报道的多功能含氮MOF材料—ZIF-8在高比表面积的的空心球壳型纳米二氧化钛上生长形成异质结构,超声合成出了TiO_2@ZIF-8复合材料,利用扫描电镜,透射电镜,X射线粉末衍射,红外及拉曼光谱,热重曲线,X射线光电子能谱分析,BET了解其复合状况。通过固体荧光,光电流响应和电阻抗测试了其光电性质,通过固体紫外漫反射吸收光谱,价带X射线光电子能谱,计算了能带间隙E_g,价带值VB以及导带值CB。其在可见光下表现出优于传统TiO_2的光解水产氢的光催化性质。

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关键词：

配位聚合物 MOFs 能带间隙 荧光淬灭 光催化 二氧化钛 产氢