金属卟啉修饰二氧化钛光催化剂的研制及光催化性能研究

金属卟啉修饰二氧化钛光催化材料的研究将金属卟啉和二氧化钛有机地结合起来，能够将光利用扩展到可见光范围，提高二氧化钛光催化效率，对于目前的水污染的治理具有重要意义。本课题设计合成能与二氧化钛表面紧密结合的金属卟啉MPp及含有轴向配体L的金属卟啉LMPp (M= Cu,Zn,Fe,Mn,Ni,Co,Ru等)，制备金属卟啉修饰的光催化剂MPp-TiO2和LMPp-TiO2，通过调节金属卟啉外围取代基、金属离子及轴向配体，研究不同金属卟啉与二氧化钛表面作用情况，及对二氧化钛可见光光吸收的影响；研究在可见光照射下，以空气中氧为氧化剂，这些光催化剂催化降解硝基苯酚的情况，找出金属卟啉结构与光催化效率之间的关系，提出可能的光催化机理，为筛选出性能优良的金属卟啉修饰二氧化钛光催化剂的实际应用奠定理论基础。

本课题设计合成了系列卟啉和金属卟啉，制备了金属卟啉修饰的TiO2光催化剂，通过研究这些光催化剂降解水中有机污染物的光催化性能，探讨了金属卟啉对二氧化钛光催化剂活性提高的可能机理。课题顺利完成了研究内容，已经发表研究论文26篇，其中SCI论文23篇。主要研究结果如下：.1. 合成表征了新的系列含羧基、羟基、酯基及噻吩基的卟啉和金属卟啉，制备了金属卟啉修饰的二氧化钛光催化剂，研究了这些光催化剂的固体紫外-可见、红外、X光电子能谱、荧光光谱、扫描电镜及透射电镜等，发现金属卟啉均匀负载到二氧化钛表面，并与二氧化钛表面存在相互作用，其中含羧基的金属卟啉与二氧化钛表面作用较强。.2. 光催化降解水中4-硝基酚的实验表明，自由卟啉和不同金属卟啉（包括Cu(II)、Zn(II)、Co(II)、Ni(II)、Fe(III)、Mn(III)、Pt(II)）修饰的二氧化钛光催化剂表现出不同的光催化性质，铜、锌和钴的金属卟啉能够增加二氧化钛的光催化活性，其中铜卟啉-二氧化钛光催化活性最高，但是自由卟啉、铁和锰卟啉不能有效提高二氧化钛的光催化活性。.3. 卟啉外围取代基也对复合光催化剂的光催化性能有影响，这与它们和二氧化钛表面相互作用强弱有密切关系，其中含有羧基和羟基取代基的金属卟啉-二氧化钛光催化剂表现了好的光催化活性。.4. 光催化剂的稳定性研究表明，金属卟啉修饰的二氧化钛光催化剂具有良好的光稳定性，光催化剂重复使用6次后，光催化活性仍能保持85%左右。.5. 探讨了复合光催化剂分别在紫外光和可见光照射下催化降解有机污染物（4-硝基酚，罗丹明B）可能的光催化机理。.6. 光催化实验还发现，少量的双氧水能够大大提高复合光催化剂的可见光催化活性。.7. 为了进一步拓宽金属卟啉在光催化剂中的应用，我们增加研究了金属卟啉修饰纳米氧化锌光催化剂的制备和光催化性能的研究，结果表明，铜卟啉修饰的氧化锌复合光催化剂也能够有效提高可见光照射下罗丹明B的降解，同时给出了可能的光催化机理。