基于二苯并噻吩砜多孔聚合物光解水制氢研究.docx

背景介绍利用太阳光分解水制氢被认为是一种将太阳能转换为化学能的简便且经济高效的技术，更是解决能源危机和环境污染的理想途径之一.光催化制氢效率在很大程度上取决于光催化剂的性质，因此，开发高效的光催化剂至关重要.共匏多孔聚合物已经成为另一类有机光催化剂，因为其电子结构可以更加容易地通过化学结构精确调控.然而，大多数报道的共扼多孔聚合物的光解水制氢效率相对较低.有机共匏多孔聚合物光催化剂的合理结构设计是实现高光催化性能的关键之一.本文设计了苯并双睡吩和苯并双味喃，分别与二苯并曝吩限通过SUZUki偶联聚合制备两种新型给体-受体型共扼多孔聚合物：PBDFSo和PBDTSO,并系统研究家/硫杂原子对共期多孔聚合物的光吸收、化学能级以及光解水制氢性能的影响.文章亮点 制需了两种基于二茶并噫吩IM单元的新型有机柒粒多孔聚合物PBDFSO和PBDTS0； 两种共提多孔聚合物都具有较宽的光学吸收范围、合适的光学帚隙、并具有光解水制氮的能力； 含跋原子多孔聚合物PBDTSO在使用抗坏血酸作为牺牲剂时，模拟太阳光照射下展现出1973mW(gh)的析氢速率，高于含氧原子的多孔会合粉PBDFSo的析然速率，并具彳11较好的光枪定性:通过杂原子取代可以优化多孔聚合物结构.从而行效提高喔合物徘化剂的光催化活性。内容介绍1实验部分1.1 实验方法1.1.1 3,7-二汉二米井哩吩飒(Ml)的合成将2.16g(IommOl)二茶并陈吩魂加入到25Om1.的单口圆底烧瓶.随后姬慢加入50n1.的浓硫酸粮拌均匀,再分批次加入3.60g(20mmol)N浪代丁二酸IE胺.室福反应24h后倒入蒸愉水中，抽泄获得粗产物，依次用然慵水、卬醉多次冲洗，刖筑仿虫结晶寿到2.43g白色晶体，产率65%.1.1.2 磨合物PBDFSO合成在手套箱中取86.6mg(0.1mmol)化合物M2a.58.8mg(0.2mmol)化合物Ml.6mg四三紫独瞬铠于15m1.耐压瓶，然后再加入0.5m1.(2mol儿)碳酸理溶液和Sml.SA*.PI液反应48h.冷却后将反应液沉降于甲醉中,依次用甲酹、正己烷抽提各24h,烘干剩余固体，报后得到73mg黄色粉末固体，产率59%,2结果与讨论2.1 聚合物的合成与物理性质通过SUZUki照联反应制备了两种目标多孔共提聚合物PBDFSO和PBDTSO-合成的名孔共枇次合物均为粉末状固体，不溶于甲酢、正己烷、二氮甲烷和四1映喃等常见的有机溶剂,为了进一步确认聚合物的分子结构，通过红外光谱仪和固态核成共抿时其进行测试分析.图Ia是样品的红外光谱，在827CmI处出现了吨吩环上C-S犍的伸缩振动峰,1059cm出现了笨并双映哺上C-O键的伸缩振动峰,以及1160cm,处出现了：茶并吸吩碘的O=S=O谈的伸缩振动，这证实了聚作物结构。三1聚合物PBDESOWPBDTSO的红外谱图、固态核碳、TGA曲线以及XRD谢图FigjIT-IRSpeCgFid-MateNMRXpeCtrann<iTGAandX-raydiffractionPaUenISofcopolymerPBDFSOandPBDTSO2.2 聚合物的光学和电化学性光解水制乳基本过程如图2a所示，光催化剂吸也太阳光，光生电子空穴，电子空穴迁移到佛化剂与水的界面电子与水发生反应生成氢气.空穴被牺牲剂消耗.佛化剂的禁带甯度应满足大于l23eV,导带和价带应满足光解水以低能级要求，如图2b所示。因此通过固体分光光度计和循环伏安法测定聚合物的光学带隙和化学能级.a,光解水制氧基本过程示意图；b.聚合物PBDFSO和PBDTSO的能级图BB2光超水制氢SS本过程示意图及艰合物PBDhSO«PBDTSO的能级图Fig.2 Ba5>cPmCFCfPhEEPIiNinEw;IlCrfbrhydmgcnproductionandErKrXylevelsofcopoljmcrPBDFSOandPBDTSO23整合物的光催化性能聚合物的光解水制乳测试结果如图3a所示，测试条件为5mg聚合物，50m1.(0.2nwl1.)的抗坏血酸溶液,使用模拟太阳光JK灯(>300nm)照射,通过气相色诺检测产乳依，图3聚合物PBDFSO和PBDTSO的光催化性唯以及循环测试Q>300nm)Fig.3 HydgcnevolutionratesandCyclingsuhli(yofcopolynrPBDFSOandPBDTSOUbderUV/Vislight(>300nn)3结论通过SUZUki偶联猿合，制备了两种培于二策并咏吩单元的新型有机共题多孔聚合物，并将其作为光催化剂应用于光解水制氢.其中聚合物PBDTS。的光解水制氢速率达到1973tnol(gh),略高于PBDFSO.通过聚合物的光学吸收、化学能级、比较面积等性质研究,考察氧/破杂原子取代对光催化性般的影响.结果表明，聚合物PBDFSO和PBDTSO具有相似的光学吸收、班级和良好的热稔定性.但由于PBDTSO具有较大的比表面积，更多的光催化活性中心，光解水制氮性能较好.研究结果为设计新型共转多孔聚合物光催化剂提供了参考。