CdS基光催化剂的制备及其选择性氧化苯甲醇的研究

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芳香醇选择性氧化为相应的羰基化合物是一个基本且重要的有机合成反应,其产物如醛或酮及其衍生物是重要的化工原料,被广泛应用于香料、糖果和制药等行业,其中苯甲醛的应用最为广泛。但是,苯甲醛的传统制备方法主要借助于计量的氧化剂(如铬酸盐、高锰酸盐等)进行,不仅排放腐蚀性气体和有机废物,而且产物分离较为困难。因此,亟需开发一种“绿色、环保”的新方法来代替传统工业生产方式。光催化技术作为绿色化学的一个分支,尤其是绿色、环保的设计理念和温和的实验条件,使其成功替代了苯甲醛的传统合成方法,该技术通过太阳能和氧气,利用光催化剂就可以使氧化反应发生。因此,将光催化技术应用于苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛成为研究热点。光催化技术的核心内容是光催化剂的选择和制备。目前,常用的光催化剂有TiO2,ZnO,CuO,ZnS,CdS,CuS,BiVO4等,其中,CdS由于具有适宜的带隙(2.4 eV)而被广泛研究。在本论文中我们制备了CdS及其复合材料,并研究了其光催化性能。主要研究内容与结果如下:(1)采用微波还原-硫化法合成了六方相与立方相同时存在的CdS纳米材料。通过XRD,SEM,TEM和UV-Vis DRS等一系列表征手段,对催化剂的晶相、化学组成、微观形貌和光学性质等进行了分析。实验选取苯甲醇为选择性氧化的底物,三氟甲苯为反应溶剂,探究了混合晶相CdS光催化剂在可见光作用下的光催化性能。实验得出,可见光光照2 h时,苯甲醇转化率为81%,选择性为98%。(2)在研究内容(1)的基础上,引入还原氧化石墨烯(rGO),通过简单的微波还原-硫化法合成了一系列不同质量分数的rGO/CdS纳米复合材料。利用XRD,SEM,TEM,UV-Vis DRS,FT-IR,PL和EIS等手段,对样品的晶相、化学组成、微观形貌和光学性质等进行了表征分析。结果显示,CdS纳米颗粒均匀的附着在rGO的表面,rGO的加入使得rGO/CdS复合材料在微观形貌、光电学性质发生了变化。实验选取苯甲醇为选择性氧化的底物,三氟甲苯为反应溶剂,探究了rGO/CdS复合材料在可见光作用下的光催化活性。在芳香醇选择性氧化为相应芳香醛的研究中,制备出的rGO/CdS纳米复合材料是一种很有发展潜力的可见光驱动光催化剂。rGO/CdS纳米复合材料表现出优异的光催化性能,是rGO独特的微观形态和结构以及高电子导电率共同作用的结果。当可见光照射10 wt%rGO/CdS复合材料1 h时,苯甲醇转化率为82%,选择性为97%。(3)采用沉淀法于混合溶剂中加入少量表面活性剂制备了g-C3N4/CdS复合材料。通过XRD,SEM,TEM和UV-Vis DRS等手段,对样品的晶相、化学组成、微观形貌和光学性质等进行了表征分析。g-C3N4和CdS的协同作用有效的分离和转移了光生电子和空穴,与g-C3N4和CdS相比,g-C3N4/CdS复合材料表现出更优异的光催化活性。实验选取苯甲醇为选择性氧化的底物,三氟甲苯为反应溶剂,探究了g-C3N4/CdS复合材料在可见光作用下的光催化活性。当可见光照射10 wt%g-C3N4/CdS复合材料1 h时,苯甲醇的转化率为84%,选择性为96%。
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