[发明专利]一种复合光催化剂在光催化氧化芳香醇偶联产氢中的应用

说明书

本发明公开了一种复合光催化剂在光催化氧化芳香醇偶联产氢中的应用，所述复合光催化剂包括作为活性中心及载体的镍铝水滑石及负载于镍铝水滑石上的硫化物。本发明通过采用镍铝水滑石和硫化镉量子点复合，实现了硫化镉量子点的高度分散及光利用率的提升。且本发明的水滑石基复合材料为异质结材料，既能实现好的可见光吸收、又能通过异质结将光生空穴和光生电子聚集在水滑石表面和硫化镉表面。相比于传统的硫化镉光催化剂，异质结结构促进了光生载流子的分离，降低了光生空穴的氧化能力，从而抑制了过度氧化的现象。在实际应用中更有利于水相中光催化反应的进行，以实现高选择性的氧化芳香醇制备芳香醛、并放出大量氢气。

技术领域

本发明涉光催化技术领域，尤其涉及一种复合光催化剂在光催化氧化芳香醇偶联产氢中的应用。

背景技术

太阳能作为一种可持续、清洁和环保的能源而得到了广泛关注。利用太阳辐射的能量裂解水制备氢气能够有效的缓解化石燃料的短缺，然而传统的光催化裂解水制备氢气通常还需要添加牺牲剂，如乳酸、半胱氨酸和抗坏血酸等，从而极大限制了光催化产氢的经济性和实用性。近年来的研究主要致力于在无牺牲剂的情况下高效制备氢气，主要包括全分解水和偶联产氢两种方法。其中：全分解水的产物为氢气和氧气/过氧化氢，然而反应速率会受到水氧化的多电子过程及吸热过程的限制，从而使得整体的反应速率处于较低的水平，同时得到的氧气/过氧化氢的经济价值较低；而相对的偶联产氢则是通过活化能更低的有机反应代替水氧化产氢的过程，以提高整体反应速率，并在快速放氢的同时得到高附加值的有机产品。芳香醇的氧化反应是热力学和动力学上更容易发生的氧化半反应，其氧化产物芳香醛被广泛应用于香料、医药和化工等领域。用芳香醇的氧化半反应替代全分解水的水氧化半反应，同时偶联水分解半反应，将有利于提高光反应产氢的整体速率，以最大化地利用光生电子空穴产生氢能和高附加值化学品。

公开号为CN105381813B的专利文献，公开了一种掺杂碳、氮的无氧化二铌纳米片的制备方法及光催化苯甲醇氧化的应用。该催化剂成本低、易于制备。在2h的可见光照射下能够实现11.43％的苯甲醇转化率，在紫外光下苯甲醇的转化率为51.34％，选择性大于99％。上述方法在紫外光照射下实现了芳香醇地高选择性氧化，但是其转化率较低，同时可见光响应差，没有氢气放出，不利于高效地利用光生电子和空穴。

传统的热催化芳香醇氧化为醛的途径在选择性和转化率两个方面难以兼顾，相比之下光催化芳香醇氧化为醛的过程不仅清洁环保，并且能够通过控制催化剂的氧化能力和改变反应溶剂等条件实现选择性、转化率地双赢。然而，目前存在的光催化体系大多使用乙腈、甲苯和三氟甲苯等剧毒的有机试剂。从绿色化学的角度看，使用水代替有机溶剂是一种更加清洁的策略，同时放出大量的氢气，有利于可持续能源的发展。但是，水相中醛的选择性和转化率通常较差，容易产生酸、酯类等副产物，从而限制了其实际应用发展。因此，如何制得一种适合在水相中应用的异相光催化剂用于高选择性地氧化芳香醇偶联产氢成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种复合光催化剂在光催化氧化中的应用。例如，在光催化氧化芳香醇偶联产氢、水相苄胺氧化放氢、水相硫醚等氧化反应中的应用。优选在光催化氧化芳香醇偶联产氢中的应用。

根据本发明的实施方案，所述复合光催化剂包括水滑石及负载于水滑石上的硫化物。

根据本发明的实施方案，所述水滑石包括镍铝水滑石、镍铁水滑石、钴铝水滑石和钴铁水滑石中的至少一种，优选为镍铝水滑石。

根据本发明的实施方案，所述硫化物为金属硫化物，例如为硫化镉、硫化钼和硫化锌等中的至少一种，优选为硫化镉。

根据本发明的实施方案，所述复合光催化剂中，硫化物与水滑石的质量比为2:1～1:10，示例性为2:1、1:2、1:4、1:6、1:8和1:10。