异相光催化剂苝酰亚胺的合成、表征及活性

• 作者: 唐瀚滢 商锦婷 籍宏伟 赵进才 陈春城 马万红
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: 可见光 光催化 纳米二氧化硅 苝酰亚胺 脱卤
• 年，卷（期）: 2017,（12）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 2094-2101
• 页数: 8页
• 字数: 1116字
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872-2067(17)62960-7

摘要

光催化是催化反应中非常重要的一个领域,其中可见光催化反应在实际应用中尤为重要.近几十年,众多研究者致力于可见光催化剂的研究,如有机染料、有机金属复合物和共价有机聚合物等都是常见的可见光催化剂.近年来,人们发现苝酰亚胺(PDI)是一类活性非常高的可见光催化剂,因为一个PDI分子可以连续吸收两个光子而积累足够的能量,使得许多单光子过程能量不足以激发的反应能够顺利进行.然而,由于PDI结构中存在大共轭的苯环,其在大部分溶剂中的溶解度都比较低,尤其是在水相中很难溶解,因此限制了它的应用.本文将PDI分子通过共价键键合在纳米二氧化硅表面,合成了一种新的多相PDI光催化剂(SN-PDI),解决了PDI在很多溶剂中都难以分散的问题,同时保留了它双光子吸收的光催化特性.我们首先合成了表面修饰有氨基的纳米二氧化硅,然后与苝酐反应,从而将PDI键合在二氧化硅表面.利用二氧化硅的亲水性使得PDI在水中以及大部分溶剂中很好地分散和分离,从而充分发挥PDI的光催化还原性能.通过29Si固体核磁(NMR)、X射线光电子能谱(XPS)、13C固体核磁、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱以及热重分析等手段表征了合成后的SN-PDI.其中29Si固体核磁谱图中化学位移在-66 ppm处的峰证明了缩合形成的纳米二氧化硅中带有氨基,根据峰面积得到其中33%的硅原子上连有氨基.XPS结果发现,N 1s轨道有明显位移,说明合成后N原子的化学环境发生了明显变化.13C NMR结果表明,合成前后与氨基相连的几个碳也发生了较大位移,与理论一致.FT-IR发现苝酐中酸酐特征峰消失以及亚胺特征峰出现,证明PDI成功键合在了二氧化硅表面.以十溴联苯醚和4-溴苯乙酮作为卤代底物,分别在有机相和水相中采用SN-PDI光催化降解反应,结果均得到了脱卤后的产物.催化剂循环三次仍有较高活性.可见,键合在纳米二氧化硅表面的PDI确实具有光催化活性.