含哒嗪单元给受体共轭聚合物/纳米二氧化钛核壳结构复合材料的制备及其光催化活性研究

This project chooses a series of donor-acceptor trimer compounds, in which the pyridazine unit is donor and internal unit, while the EDOT type units are acceptors and end-capped units, and selected hollow(or solid)titanium dioxide nanosphere as inorganic phase for preparation of the core-shell structured composites of donor-acceptor conjugated polymers containing pyridazine unit with nano titanium dioxide. And the photocatalytic properties of core-shell structured composites will be studied. This project will take deep studies on the role of donor-acceptor conjugated polymers containing pyridazine unit on the extending the spectral response range of the TiO2 as well as the effect and contribution of structure and molar ratio of donor-acceptor conjugated polymers containing pyridazine unit and nano titanium dioxide on the properties and functions of composite materials. This project will also take deep studies on the reaction conditions for formation of uniform composite.And the advantages and defects of the core-shell structured composites will be discussed to give theoretical and practical basis to improve of core-shell structured composites by comparing the structure and properties of the noncore-shell structured composites. This project will also supply the theoretical and practical basis for the potential application of these composites on the photocatalysis area by evaluating their photocatalytic activities.

本项目拟以吸电性比较强的含哒嗪为受体和中间单元，类EDOT单元为给体和封端单元的给受体三联体化合物为单体，分别以空心和实心TiO2纳米球为无机相，原位聚合法制备哒嗪单元给受体共轭聚合物/纳米TiO2核壳结构复合材料并研究其光催化活性。探讨复合材料中含哒嗪单元给受体共轭聚合物结构对扩展TiO2光催化剂的光响应范围所起到的作用，研究各组分在复合材料中的所占比例对材料整体的性质、功能的贡献和影响，为该类复合材料的改性研究提供理论和实践基础。探讨壳结构均匀复合的最佳条件，深入探索复合过程的可控性即反应的均匀性和重现性等问题，并与非核壳结构复合材料比较，找出核壳结构复合材料的优势以及缺陷，提出弥补缺陷的方法和技术思路。研究该类复合材料的光催化活性，并为该类复合材料在光催化领域内的应用提供理论和实践基础。

本项目以含哒嗪、吡啶单元为受体（中间单元），EDOT 单元为给体（封端单元）的给受体三联体为单体，分别以空心和实心TiO2纳米球、纳米ZnO、纳米MnO2、微纳米碳材料等为纳米无机相，制备了含哒嗪、吡啶单元给受体共轭聚合物基复合材料。探讨了反应条件对复合材料结构与性能的影响，研究了反应过程均匀复合的问题，分析了复合物中无机组分以及含哒嗪、吡啶单元给受体共轭聚合物的结构、粒径及其在复合材料中的所占比例对材料整体的性质、功能的贡献和影响，系统研究了该类复合材料的光催化和电催化活性。结果表明，聚（(3,6-二(2-(3,4-乙撑二氧噻吩)基哒嗪）（Poly(EPE) ）在模拟太阳光照射下，具有光催化活性，在其掺入的Fe3+会增加了聚合物的活性位点。聚((3,6-二(2-(3,4-乙撑二氧噻吩)基吡啶) (英文名称简称：Poly(BPE)有着比Poly(EPE)更高的电催化活性。poly(EPE)/TiO2空心球核-壳结构的复合物中，硅烷偶联剂MPS修饰TiO2会提高复合物的光催化活性。在模拟太阳光条件下，poly(BPE)/TiO2空心球复合物对罗丹明B的降解率为在90%以上。与TiO2纳米空心球相比， poly(EPE)/TiO2实心球复合物对MO在模拟太阳光和太阳光下的降解率分别为91.5%和100%。poly(EPE)/TiO2复合物中加入GO能提升光催化活性，与TiO2相比，不同形貌的ZnO与poly(EPE)复合，能有效提高材料的光催化活性，模拟太阳光照射下，ZnO/poly(EPE) 和m-ZnO/poly(EPE) 对MB的降解能力达到94.2% 和96.8%，其动力学常数是poly(EPE)的1.7倍。Poly(EPE)/MnO2复合物光催化降解染料的效率可达到95 %以上，复合物具有良好的循环稳定性和选择性吸附性能，实验所测数据服从准二级动力学模型和 Langmuir 等温线模型。Poly(EPE)/MnO2和 Poly(EPE)/CNT/MnO2复合物在吸附过程中表现出优异的吸附效果，吸附效率达到了92 %。功能化碳纳米管、碳微米球等碳材料分别与poly(EPE) ，poly(BPE)复合后，其复合物的光、电催化活性得到了提升。