1、新型有机无机插层主客体复合材料的制备、表征及其光催化性能的研究【摘要】：无机层状化合物的结构具有良好的规整性和可设计性，将不同性能的层状主体化合物与不同功能的插层客体相结合，由于主客体之间的相互作用，可得到具有特殊性能的插层材料。有机无机插层复合材料在催化、光、电、磁等众多领域表现出良好的应用前景，正在成为材料领域中一个极富生命力的研究方向。本文以层状的 V_2O_5 和 V_3O_8 为无机主体，不同烷基链的烷基紫精(alkylviologens)为有机客体，制备了两个系列十四种新型的有机无机插层化合物：V_2O_5 烷基紫精插层化合物 RV_2(其中 R 为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、已
2、基、辛基、壬基、十二烷基)，V_3O_8烷基紫精插层化合物 RV_3(其中 R 为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基)。运用元素分析、X 射线粉术衍射(XRD)、红外(FT-IR)、X 射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-visDRS) 等方法对所制备的插层化合物进行组成、结构和性质分析，同时考察了这些插层化合物作为光催化剂在染料降解、甲基苯乙烯光催化氧化反应、乙酸苯酯 Photo-Fries 等方面的应用。分析表征结果证明插层化合物的组成通式分别为(RV)_(0.25)V_2O_5 和(RV)V_3O_8，有机无机插层化合物的层间距随着烷基紫精中碳原子数的的增大而增大，但其结晶度随着
3、烷基紫精阳离子中烷基链的增加而降低。插层化合物中钒原子以 V(4+)和 V(5+)两种混合价态存在、氧原子处于三种不同的化学环境、氮原子处于两种不同的化学环境。客体烷基紫精阳离子的引入对主体五氧化二钒或 V_3O_8 的骨架结构影响不大，主体的层状结构保存完好；主客体之间相互修饰的协同效应，可能起到了延长客体分子激发态寿命的作用，插层化合物在紫外和可见光区域有很强的吸收。磁性研究的结果表明，在温度低于 15K 时，插层化合物具有反铁磁性的有序结构：当温度高于 15K 时，转变为顺磁性，表现出磁无序结构。以 V_2O_5烷基紫精、V_3O_8 烷基紫精形成的插层化合物为光催化剂，在选定的条件下，
4、对靛红等染料有很好的降解效果。在相同的条件下，V_2O_5烷基紫精比V_3O_8烷基紫精插层化合物光催化性能好。在靛红的光催化降解实验中，光源为 13W 紫外光，催化剂浓度为 0.10gL，靛红的浓度为 20mgL，室温下反应 5 个小时，靛红的降解率可达到 99以上。与有关文献的光催化靛红降解相比，本论文在进行染料的光催化降解的过程中，节省了能源、降低了成本。实验结果证明， 【关键词】：插层化合物五氧化二钒烷基紫精协同效应光催化【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2006【分类号】：O643.36【目录】：目录 5-9 中文摘要 9-11Abstract11-1
5、3 第一章绪论 13-451.1 前言 13-141.2 插层化合物概述 14-191.2.1 基本概念 141.2.2层状主体材料的种类 14-161.2.3 无机层状化合物的结构特点 16-181.2.4 客体的分类 18-191.3 插层化合物的制备方法 19-241.3.1 离子交换法 19-201.3.2 小分子嵌入法 20-211.3.3 大分子柱撑法 21-231.3.4电化学插层法 23-241.4 插层材料的表征 24-251.5 插层材料的应用25-341.5.1 催化领域的应用 25-281.5.2 吸附分离方面应用 28-291.5.3电极材料和导电材料 29-301.
6、5.4 磁学材料 30-311.5.5 光学材料311.5.6 纳米反应器 31-321.5.7 分子识别和化学传感器 321.5.8 阻燃方面的应用 32-341.6 论文的选题思路 34-36 参考文献 36-45 第二章实验部分 45-502.1 常用药品 45-462.2V_2O_5烷基紫精、V_3O_8烷基紫精插层化合物的表征方法 46-472.2.1.元素分析462.2.2.X-射线粉末衍射测试(XRD)46-472.2.3. 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)472.2.4.X 射线光电子能谱(XPS)472.2.5. 紫外可见漫反射(UV-visDRS)472.2.6.磁性测试
7、472.3 光催化反应实验装置 47-482.4V_2O_5烷基紫精、 V_3O_8烷基紫精插层化合物的光催化性能评价 48-502.4.1 染料光催化降解 482.4.2-甲基苯乙烯光催化氧化反应 48-492.4.3 乙酸苯酯 Photo-Fries 重排反应 49-50 第三章五氧化二钒与烷基紫精插层主客体复合材料的合成及其表征 50-703.1 引言 50-513.2 五氧化二钒与烷基紫精插层主- 客体复合材料的制备 51-523.3 五氧化二钒与烷基紫精插层主-客体复合材料的表征 52-663.1.1 样品的元素分析结果 52-533.3.2 结构分析 53-563.3.3FT-IR
8、 分析 56-583.3.4XPS 能谱研究 58-623.3.5 插层化合物的电子光谱性质62-643.3.6 磁学性质 64-663.4 本章小结 66-67 参考文献 67-70 第四章 V_3O_8 与烷基紫精插层主 客体复合材料的合成与表征 70-894.1引言 70-724.2V_3O_8 与烷基紫精插层主- 客体复合材料的制备 72-734.3V_3O_8 与烷基紫精插层主 -客体复合材料的表征 73-844.3.1 样品的元素分析结果 734.3.2X-射线粉末衍射结果 73-754.3.3 傅立叶红外光谱结果 75-774.3.4XPS 能谱研究 77-824.3.5 紫外-
9、 可见漫反射光谱 82-834.3.6 磁学表征结果 83-844.4 本章小结 84-86 参考文献 86-89 第五章 V_2O_5烷基紫精和 V_3O_8烷基紫精插层化合物在染料降解方面的应用 89-1115.1 引言 89-905.2V_2O_5烷基紫精和V_3O_8烷基紫精插层化合物对靛红的光催化降解 90-1045.2.1 光源的影响 90-925.2.2 溶剂的影响 92-935.2.3 乙醇含量的影响 93-945.2.4不同催化剂的影响 94-965.2.5 催化剂浓度的影响 96-985.2.6 反应物浓度的影响 98-995.2.7 反应温度的影响和靛红降解的反应动力学研
10、究 99-1015.2.8 靛红降解机理推测 101-1045.3V_2O_5烷基紫精插层化合物对其它染料的降解 104-1075.4 本章小结 107-109 参考文献109-111 第六章 V_2O_5烷基紫精和 V_3O_8烷基紫精插层化合物在光催化合成反应中的应用 111-1336.1 引言 111-1126.2甲基苯乙烯光催化氧化反应 112-1176.2.1 实验部分 1126.2.2 结果与讨论112-1176.2.2.1 溶剂的影响 1136.2.2.2 催化剂用量的影响 113-1146.2.2.3 不同催化剂的影响 114-1166.2.2.4 氧气流速的影响1166.2.
11、2.5 反应机理 116-1176.3 乙酸苯酯 Photo-Fries 重排反应 117-1296.3.1 实验部分 119-1206.3.2 结果与讨论 120-1296.3.2.1 反应产物的确认 120-1216.3.2.2 光源对乙酸苯酯的 Fries 重排反应的作用 121-1226.3.2.3 溶剂对乙酸苯酯的 Fries 重排反应的影响 122-1246.3.2.4 反应物的浓度对乙酸苯酯的 Fries 重排反应的影响 124-1256.3.2.5 反应时间对乙酸苯酯的 Fries 重排反应的影响 125-1266.3.2.6V_2O_5烷基紫精 V_3O_8烷基紫精插层化合物对反应的影响 126-1286.3.2.7对反应机理的推测 128-1296.4 本章小结 129-131 参考文献 131-133第七章结论 133-135 附录：攻读博士期间完成的论文和专利 135-137致谢 137 本论文购买请联系页眉网站。
