【摘 要】
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随着社会现代化进程的不断加快,工业和农业得到迅速发展,大量的工业和农业废水未经处理直接排放到外界环境中,造成了严重的水资源污染,对人类生存与可持续发展产生了极大的威胁。其中,有机染料与重金属离子造成的水污染因其净化难度高、生物毒害性大等特点成为科研人员长期以来的研究热点。研究人员提出了很多切实有效的策略来解决水污染问题。其中光催化技术利用太阳能实现对污染物的降解,绿色环保,是解决有机染料污染的理想
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随着社会现代化进程的不断加快,工业和农业得到迅速发展,大量的工业和农业废水未经处理直接排放到外界环境中,造成了严重的水资源污染,对人类生存与可持续发展产生了极大的威胁。其中,有机染料与重金属离子造成的水污染因其净化难度高、生物毒害性大等特点成为科研人员长期以来的研究热点。研究人员提出了很多切实有效的策略来解决水污染问题。其中光催化技术利用太阳能实现对污染物的降解,绿色环保,是解决有机染料污染的理想策略之一。同时光敏传感器利用其光学性质的变化能够清晰、灵敏和快速检测溶液中的重金属离子,备受研究人员的青睐。金属有机框架作为一种有机-无机杂化的多孔网络晶体材料,具有较高的化学稳定性、大的比表面积、可调节的结构和良好的物理化学性质。卟啉基金属有机框架不但具有卟啉良好的光电性质,还具备金属有机框架高稳定性和孔隙率的优势,是理想的主体材料。铅卤钙钛矿量子点具有非常优异和独特的光电性能,例如:可调节的带隙和发射波长、强的可见光吸收能力、长的载流子扩散长度、极窄的半高宽和高的载流子迁移率等。其可以作为客体材料,与主体材料相组合,实现复合材料的功能性结构设计。本论文围绕着铅卤钙钛矿量子点MAPb Br3和卟啉基金属有机框架PCN-221、PCN-221(Fe)的复合材料展开,探究了复合材料MAPb Br3@PCN-221在光催化领域和MAPb Br3@PCN-221(Fe)在传感领域的应用。主要研究内容如下:(1)通过配体辅助再沉淀法在室温下合成铅卤钙钛矿量子点MAPb Br3,并对其光学性质进行了表征。发现MAPb Br3在可见光区域具有较好的光吸收性,同时在520 nm处显示出较窄的半高宽。利用溶剂热法合成卟啉基金属有机框架PCN-221,并通过XRD等手段对其进行表征。发现PCN-221具有较强的可见光吸收能力。在DMF和高温共同的作用下,Fe3+可以进入到卟啉环的中心,实现从PCN-221到PCN-221(Fe)的转换,并通过控制反应时间来调节PCN-221(Fe)的尺寸。(2)通过溶剂热法合成前驱体材料Pb Br2@PCN-221,而后通过原位生长法制备了复合材料MAPb Br3@PCN-221。探究了复合材料的光电特性,实验结果表明复合材料MAPb Br3@PCN-221的光电性能高于PCN-221。对复合材料进行光降解罗丹明B的实验,发现复合材料MAPb Br3@PCN-221的降解效率高于PCN-221,验证了之前的实验分析结果。结合复合材料能带结构对降解机理进行解释分析,证实复合材料MAPb Br3@PCN-221的降解机制为Type-Ⅱ型异质结电荷转移。(3)通过溶剂热法合成卟啉基金属有机框架PCN-221(Fe),利用两步法在PCN-221(Fe)的孔隙之中生长MAPb Br3,制备出复合材料MAPb Br3@PCN-221(Fe)。基于卟啉基金属有机框架和铅卤钙钛矿本身的特性,探究了复合材料在金属离子检测方向的应用。发现复合材料对Ag+有明显和快速的选择性荧光响应,呈现荧光开启信号。进一步分析了复合材料的荧光强度同溶液中Ag+浓度之间的联系,实验结果表明其呈现线性正相关关系,即复合材料MAPb Br3@PCN-221(Fe)的荧光强度随着Ag+浓度的增加而增加。复合材料MAPb Br3@PCN-221(Fe)的最低检测浓度为8.68μM,以及MAPb Br3@PCN-221(Fe)对Ag+的荧光增强机制为分子之间的电荷转移。
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