摘要：半导体光催化技术能利用丰富的太阳能解决困扰人类的能源和环境不足,因而受到探讨者们的广泛关注。光催化技术的两个重要运用是分解水产生氢能和降解环境污染物。到目前为止,光催化领域的探讨焦点在于开发新型高效的光催化剂。以实际大规模化运用的角度考虑,一个理想的光催化剂应低廉、具有可持续性、稳定性高和具有高效的可见光驱动能力以利用太阳光谱中的主要部分。聚合物光催化材料由于具有原料来源丰富、制备成本低和易加工的优点,具有广阔的进展前景。但是,与无机光催化材料系统相比,迄今为止报道的聚合物光催化材料种类仍很少。聚合物半导体光催化材料的瓶颈不足是宽带隙造成对可见光吸收性能不佳,光生载流子迁移率低导致光催化活性不高,以及HOMO能级较高引起材料易被氧化,稳定性较差。由此,开发具有可见光响应、高效稳定的聚合物光催化系统仍是一项迫切并且具有重要作用的任务。在本论文中,我们基于胺类和酐类单体的固相热聚合法研制了一类新型的基于晶态聚酰亚胺(PI)结构的聚合物光催化材料。该合成历程环境友好、成本低廉且易于扩大化生产。并且,PI光催化材料具有高效稳定的可见光光催化产氢和有机污染物降解性能。基于该聚酰亚胺结构,我们考察了聚合温度以及胺类和酐类单体摩尔比例的转变对PI电子能带结构和光催化性能的影响。探讨结果表明PI的带隙随着聚合温度的升高而逐渐降低,其中具有中等带隙的PI具有最高的光催化产氢活性。另外,我们发现端基为氨基的PI相比端基为酐基的PI带隙更小,由此体现出更高的可见光产氢活性；但端基为酐基的PI具有更高的结晶性,由此体现出更高的全辐光产氢活性。而且端基为酐基的PI由于具有更强的光氧化能力,更有利于光降解橙(MO)的反应。围绕该聚酰亚胺结构,我们还考察了胺类和酐类单体化学结构的转变对PI电子能带结构和光催化性能的影响。结果发现由melem和PMDA单体合成的PI体现出优异的可见光光催化产氢和有机污染物降解性能。该PI的可见光产氢速率达到20.6μmol/h,约为石墨相氮化碳(g-C3N4,7.0μmol/h)的3倍。它对MO的可见光降解速率约为氮掺杂Ti02的22倍。最后,我们提出了设计具有更强光氧化能力的聚合物光催化材料的有效对策：在聚合物结构中引入吸电子组分以降低价带位置。通过在g-C3N4吉构中引入吸电子的均苯四甲酸酐(PMDA)后,光氧化能力显著增强。与g-C3N4相比,改性后的光催化材料对光氧化水比光还原水反应具有更高的选择性。此外,光降解MO的活性物种在能带结构调控后发生了转变,以光生电子转变为光生空穴。关键词：聚酰亚胺论文光催化论文可见光论文能带结构论文水分解论文有机污染物降解论文
中文摘要4-6
英文摘要6-12
第一章 绪论12-42
1.1 引言12
1.2 半导体光催化的原理及影响光催化活性的主要因素12-14
1.3 无机半导体光催化材料的进展概况14-18
1.3.1 紫外光响应型材料14-15
1.3.2 可见光响应型材料15-18
1.4 聚合物半导体光催化材料的进展概况18-27
1.4.1 基于g-C_3N_4的光催化材料19-22
1.4.1.1 形貌调控19-20
1.4.1.2 元素掺杂20-21
1.4.1.3 半导体复合21
1.4.1.4 有机对策21-22
1.4.2 其它碳基半导体光催化材料22-27
1.4.2.1 一维聚合物23-24
1.4.2.2 石墨烯基材料24-25
1.4.2.3 多孔有机骨架材料25-26
1.4.2.4 基于三嗪结构的聚合物26-27
1.5 本论文的指导思想和主要探讨内容27-28
(SEM)和透射电子显微镜(TEM)432.2.8 比表面积测试43-44
2.2.9 价带X射线光电子能谱(VBXPS)44
2.2.10 紫外-可见吸收光谱44
2.2.11 荧光光谱44
2.3 光催化和光电性能测试44-47
2.3.1 光催化分解水产氢或产氧测试44-45
2.3.2 光催化有机污染物降解测试45-46
2.3.3 光电化学测试46-47
2.3.3.1 光电极制备和光电流测试46-47
2.3.3.2 摩特-肖特基(Mott-schottky)和电化学阻抗谱(EIS)测试47
2.4 论述计算47-48
第三章 固相热聚合法合成聚酰亚胺光催化材料48-68
3.1 引言48-49
3.2 样品的制备49-50
3.3 结果与讨论50-64
3.3.1 结构表征50-53
3.3.2 热稳定性和溶解性能测试53-54
3.3.3 光吸收性质54-55
3.3.4 分子模型计算55-56
3.3.5 光催化产氢56-59
3.3.6 光催化有机污染物降解59-64
3.4 本章小结64-65
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