[发明专利]一种改性钼酸铋及其制备方法和在光催化烃类化合物氧化反应中的应用

说明书

本发明属于精细化学品的合成及太阳能转化技术领域，具体涉及一种改性钼酸铋及其制备方法和在光催化烃类化合物氧化反应中的应用。本发明提供的制备方法：将无机铋盐、无机钼酸盐、阳离子表面活性剂和极性溶剂混合，得到混合盐溶液后在pH值为2～11进行溶剂热反应，得到初始钼酸铋产物后进行退火，得到改性钼酸铋。本发明得到的改性钼酸铋能够在不同的晶面上实现电子和空穴的有效分离，避免光生载流子的复合，提高光催化活性，同时不同的晶面上具有不同的活性位点，改善改性钼酸铋的光催化的能带结构和提高活性位数量，提升光催化氧化烃类化合物生成醛、酮含氧化合物的催化活性，含氧产物的收率高且选择性好。

技术领域

本发明属于精细化学品的合成及太阳能转化技术领域，具体涉及一种改性钼酸铋及其制备方法和在光催化烃类化合物氧化反应中的应用。

背景技术

利用氧气，选择性氧化烃类分子产生醛、醇等含氧化合物是工业上合成含氧化合物的重要手段之一，广泛用于合成大宗工业原料和中间体。由于烃类分子中sp³ C-H化学键比较惰性，导致其转化需要苛刻的反应条件。传统的热催化转化反应中，烃类分子的氧化反应主要通过金属催化剂在高温、高压下实现。但过高的反应温度，导致氧气生成的活性物种难以调控，产物过渡氧化，反应的选择性较低。因此，迫切需要发展低能耗、低温条件下转化含有sp³ C-H化学键的烃类分子为高附加值化学品的策略。

利用太阳能为能量来源，使用氧气选择性氧化烃类分子是一种理想的烃类转化为含氧化合物的策略。具有反应条件温和，氧气衍生的活性物种容易调控，氧化能力强等优点。在光催化烃类选择性氧化反应中，以甲苯分子为例，人们开发了多种光催化剂例如TiO₂，Bi₂WO₆，CdS等。

其中，钼酸铋是一种具有钙钛矿结构的层状光催化剂，由相互交叠的、扭曲的八面体MoO₄^2-层和[Bi₂O₂]²⁺层组成。由于具有可见光吸收和合适的能带，钼酸铋催化剂广泛应用于水分解、降解污染物和氧化芳香醇等领域。然而，目前钼酸铋催化剂的活性较低、严重限制了其在光催化选择性氧化反应的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性钼酸铋及其制备方法和在光催化烃类化合物氧化反应中的应用，本发明提供的改性钼酸铋结晶度高且多晶面暴露，具有优异的光催化氧化烃类化合物生成醛、酮含氧化合物的催化活性，含氧产物的收率高且选择性好。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种改性钼酸铋的制备方法，包括以下步骤：

将无机铋盐、无机钼酸盐、阳离子表面活性剂和极性溶剂混合，得到混合盐溶液；

将所述混合盐溶液进行溶剂热反应，得到初始钼酸铋产物；所述混合盐溶液的pH值为2～11；

将所述初始钼酸铋产物进行退火，得到改性钼酸铋。

优选的，所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵；所述无机铋盐和所述阳离子表面活性剂的摩尔比为5:(1.8～3)。

优选的，所述溶剂热反应时，所述混合盐溶液的pH值为6～9。

优选的，所述溶剂热反应的温度为80～220℃，所述溶剂热反应的保温时间为12～120h。

优选的，所述退火的温度为100～400℃，所述退火的保温时间为0.5～6h。

本发明提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性钼酸铋，所述改性钼酸铋的主要暴露晶面包括{200}晶面和{002}晶面。

优选的，所述改性钼酸铋的主要暴露晶面还包括{060}晶面。