论文总字数：25111字

摘 要

近年来，共价有机框架材料（COF）作为一种新型结晶有机多孔材料备受关注。它具有低密度、高比表面积、孔道均一、结构规整等诸多优点。除此之外，由芳香族结构单元构建的COF具有半导体和光电性质，因此COF的光电应用是特别令人感兴趣的，并且已经报道了许多良好的研究成果。而原子层沉积（ALD）作为成熟的技术手段，能够更方便快捷的完成对COF的改性，从而进一步提升其性能。将两者进行有机结合，对两个领域都有着一定的创新影响。

本实验成功合成了一种亚胺类COF（TpBD），并利用ALD技术尝试在TpBD类COF上沉积TiO₂、ZnO、有机钛等物质，随后将沉积过的COF粉体加入亚甲基蓝溶液，经过一定时间的紫外照射后，并对上层清液做紫外-可见光谱分析，来检测亚甲基蓝溶液的浓度变化，考察不同沉积条件对COF粉体光催化性能的影响。

我们通过X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附测试、傅立叶红外光谱分析仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见光吸收光谱（UV-vis）等一系列手段对改性前后的材料进行了表征，并对其进行了性能测试。经过对比试验，我们排除了其他因素对降解结果的影响。实验结果表明，沉积ZnO的COF光催化效率最高。在合适的条件下，沉积400循环ZnO的TpBD经过24h紫外照射，染料降解率达到91.45%。

关键词：共价有机框架材料（COF） 原子层沉积（ALD） 光催化

Abstract

In recent years, as a kind of new crystalline organic porous materials, covalent organic frameworks (COFs) have attracted much attention. They have many advantages such as low density, high specific surface area, uniform channel, and regular structure. In addition to this, COFs constructed from aromatic structural units with periodic arrays have advantageous semiconductor and photoconductivity, so optoelectronic applications of COFs are of particular interests. As a mature technique, atomic layer deposition (ALD) can modify COF easier and quicker, thereby further improving its performance, and organically combining the advantages from COFs and ALD.

In this experiment, TpBD was successfully synthesized, and TiO₂, TiEG, ZnO and other substances were deposited on TpBD COF by ALD technology. The deposited COF powder was added to methylene blue solution to test the photocatalysis property.

The instrument was sampled and centrifuged after a certain time, and the supernatant was subjected to ultraviolet-visible spectroscopy to detect the concentration changes, and the photocatalytic performance of COFs deposited with different conditions was also investigated.

We used a series of methods such as X-ray diffraction, N₂ adsorption−desorption test, fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscope to characterize the materials. After the comparative experiment, we excluded the influence of other factors on the degradation results. The results showed that ZnO have the best photocatalysis performance. After 24h ultraviolet radiation, the photocatalysis degradation of COF-TpBD deposited with 400 cycles ZnO is 91.45%.

Key words: Covalent Organic Frameworks (COFs); Atomic Layer Deposition (ALD); Photocatalysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1原子层沉积技术 1

1.1.1原子层沉积技术的原理 1

1.1.2 原子层沉积技术的优势 2

1.1.3 原子层沉积对分离膜的功能化改性 4

1.2共价有机框架 6

1.2.1共价有机框架简介 6

1.2.2共价有机框架材料的分类 7

1.2.3共价有机框架材料的合成方法 11

1.2.4共价有机框架在光催化领域的应用 13

1.3 ZnO在光催化中的应用 14

1.3.1 ZnO的光电特性 14

1.3.2 ZnO的光催化机理 14

1.3.3 ZnO的复合改性 14

1.4 本课题的研究内容 15

第二章 实验部分 16

2.1实验材料 16

2.1.1 实验原料和试剂 16

2.1.2 实验仪器 16

2.2实验方法 17

2.2.1 制备COF-TpBD 17

2.2.2 将COF粉体进行ALD改性 17

2.2.3 对COF的光催化降解情况进行紫外-可见光谱表征 18

第三章 结果讨论与分析 19

3.1 COF-TpBD的合成 19

3.2 ALD对COF-TpBD形貌的影响 20

3.3 光催化剂的分散性及催化性能 21

3.4 排除其他影响催化效率的因素 21

3.4.1 温度对染料降解的影响 21

3.4.2 染料自降解 21

3.4.3 暗光条件下催化剂对染料降解的影响 22

3.5 ALD沉积不同物质对催化剂的影响 22

3.6 ALD沉积ZnO不同循环次数对催化效率的影响 23

第四章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

参考文献 26

致 谢 29

第一章 绪论

1.1原子层沉积技术

20世纪60年代，由苏联科学家提出的分子层积（Molecular layering，ML）是原子层沉积（Atomic layer deposition，ALD）技术的雏形。二十世纪七十年代，由芬兰科学家J. Anston和T. Suntola发明的原子层外延（Atomic layer epitaxy，ALE）技术^[1]，最开始应用在电致发光薄膜的制备领域，来满足平板显示器的发展需求。ALD是从不断发展和完善的ALE技术中演化出来。ALD被认为是最有前途的薄膜沉积技术之一，它不仅大规模地应用于传统的半导体、微电子工业，而且在太阳能电池、催化、纳米材料制备等各个领域也得到了大范围的应用。

请支付后下载全文，论文总字数：25111字