摘要
光催化是利用光传递的能量来驱动热力学上的反应。自 1972 年发现紫外光在二氧化钛电极上光催化分解水以来，人们致力于开发新的光催化剂，了解基本机理，提高光催化效率，扩大其应用范围。共价三嗪框架（CTFs）作为一类具有可见光活性、不含金属和聚合物的新型多相光催化剂，受到人们的广泛关注。CTFs 优异的光催化性能得益于芳香族的三嗪环单元，然而仅仅依靠完全共轭的π-π结构和丰富的含氮量不能充分体现出CTFs的光催化性能。另外，CTFs的合成反应通常具有较差的可逆性，这就导致材料的结晶度较低，进一步使光催化性能受到限制。针对上述问题，本论文通过微结构调制策略，在CTFs框架中引入n型半导体可以提高光催化活性；此外，还开发了一种提高CTFs结晶性的方法，进一步增强光催化性能。主要研究内容如下： （1）在第二章中，我们通过微结构调制策略，以提高CTFs的光催化性能。通过对苯二甲脒与 4,4''-（噻唑并[5,4-d]噻唑-2, 5-二基）二苯甲醛的缩合反应合成了具有代表性的材料 CTF-NWU-1。为了验证噻唑并[5,4-d]噻唑杂环在光催化中的作用，通过用 1, 4-二（4-甲酰基苯基）苯取代TzTz醛基单体合成了参考聚合物CTF-NWU-2。光学和电学测试表明，CTF-NWU-1 具有更窄的能带和更有效的电子空穴分离和转移能力。通过光催化性能测试，CTF-NWU-1 的光催化制氢反应速率高达 17600 μmol·h-1·g-1，而CTF-NWU-2 的制氢速率仅为 4100 μmol·h-1·g-1。CTF-NWU-1 还显示了在没有 Pt 负载的情况下降解染料的光催化活性。CTF-NWU-1（0.2 mg·ml-1）光催化降解罗丹明 B（20 mg·L-1）和四环素（20 mg·L-1）均能在 30 分钟内完成。此外，在五个测试周期内，其光催化降解活性几乎保持不变。这项研究表明，在 CTF 框架中引入n 型半导体可以显著提高光催化活性; （2）在第三章中，我们在TzTz单体上引入甲氧基，不仅可以限制缩合反应期间单键的旋转，还可以增强所得供体-受体型CTFs的层间相互作用，从而提高聚合物的结晶度。为了进一步获得更高活性的光催化剂，我们通过NH2-f-SiO2模板法制备了具有碗状形貌的CTFs（CTF-NWU-T3）。由于碗状形貌具有良好的润湿性以及增强的光散射和光捕获，因此用模板合成的供体-受体型 CTFs（CTF-NWU-T3）表现出 32064 μmol·h-1·g-1的优异光催化制氢率。并且CTF-NWU-T3（0.2 mg·ml-1）在光催化降解罗丹明B（20 mg·L-1）和四环素（20 mg·L-1）也是优于其它几种光催化材料的。这项研究揭示了改善供体-受体相互作用以及分散性对非均相光催化剂光催化活性的意义。
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