[發明專利]一種空心自摻雜結構雙金屬光催化劑的合成方法及應用

在審

• 申請號: 201710942518.0
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107570197A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 李維尊;陳昱;鞠美庭;候其東;王雁南;黃訪
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/04;B01J37/10;B01J37/34;B82Y30/00;B82Y40/00;C07C45/38;C07C47/54
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技術領域

本發明涉及環保技術領域，尤其是一種空心自摻雜結構雙金屬光催化劑的合成方法及應用。

背景技術

能源緊缺與環境污染已經成為威脅可持續發展的世界性難題。隨著我國社會經濟的發展、人民生活質量日益提升，生態居住環境遭到不可恢復性的破壞，不可再生的化石能源不斷消耗。因此，開發新型的可再生能源，改善中國的生態居住環境是我國當前的重要發展戰略。研究人員相繼發現半導體光催化材料能將太陽能轉化為電能或化學能，為環境和能源問題的解決提供了一條新的有效途徑，近年來，光催化技術的應用與探索成為了當今學術界的研究焦點之一。

研究發現半導體光催化材料在人工光合成方面具有潛在的應用價值，在可見光作用下能實現有機污染物，如芳香族化合物的羥基化反應、碳氫化合物的氧化反應、醇類化合物的氧化反應、烯烴的環氧化反應、含硝基的芳香化合物還原反應、CO₂還原產甲烷或甲醇等反應，為新型光催化材料的開發探索和應用推廣開辟了一條嶄新的途徑。

但是，在光催化的基元過程中，光生電子空穴對在體相或者表相中的復合與擴散遷移過程是相互競爭的關系：從反應時間上看，光生電子空穴對的復合概率遠高于其擴散遷移的概率，致使半導體光催化材料的量子效率偏低。因此，降低光生載流子復合幾率、延長光生載流子的壽命，成為提高光催化活性重要途徑之一，而如何高效引導光生載流子的轉移、降低其復合幾率，是光催化技術應用中亟待解決的主要問題。

另一方面，醛酮類等羰基化合物作為重要的有機中間體在化工過程中占有重要的地位，被廣泛應用于香水、香料、醫藥及添加劑等領域。近年來，人們的環保意識逐漸增強，并逐漸摒棄了以往醇選擇性氧化過程中采用傳統的氧化劑，如重鉻酸鹽、高錳酸鹽，這些氧化劑價格高，有毒，且無機鹽廢水難以處理，對環境造成嚴重污染，不符合當前“綠色化學”的要求。

由于環境中的有機污染物特別是芳香族有機物復雜多樣，通過研究污染物的組成結構，根據其化學特征，如C-C、C-OH、C-O-C、C=O等化學鍵能量，通過調節催化反應的能量范圍，開發出一種廣譜、通用的催化劑將污染物進行高效降解，將有效降低有機污染物對環境的污染，同時獲得高附加值產品。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種空心自摻雜結構雙金屬光催化劑的合成方法及應用，通過自主研發的合成方法合成高效光催化劑，并將其用于選擇性氧化芳香醇為芳香醛，實現污染物的治理及資源化利用，消除環境和健康隱患。

本發明的技術方案：

一種空心自摻雜結構雙金屬光催化劑的合成方法包括如下步驟：

（1）將3.54 mL冰乙酸、0.35 mL去離子水和4.372 mL離子液體[Bmim][BF₄]相混合，構成反應溶液A；

（2）向反應溶液A中逐滴加入一定量的鈦酸四丁酯，攪拌轉速150RPM，直至混合液變成澄清透明狀態；

（3）將上述澄清透明混合液體轉移至70毫升特氟龍內襯水熱反應釜中，隨后放入微波消解儀中（MDS-6，上海新儀有限公司，中國），在130-180℃下反應50-80分鐘；

（4）收集沉淀，用去離子水和無水乙醇各洗滌3次，置于60℃烘箱（SX-G16103，天津中環電爐有限公司，中國）內干燥12小時，繼續置于真空烘箱（DZF-6050，上海和呈儀器制造有限公司，中國）內200℃干燥6小時，獲得空心自摻雜結構的Ti³⁺/TiO₂光催化劑；

（5）將上述催化劑置于80℃的真空烘箱內干燥12小時，取出后按照催化劑：尿素=1:4的重量比例添加尿素，混合均勻后置于馬弗爐中，以400℃煅燒2小時，獲得具有氮結構的N-TiO₂載體；

（6）取上述載體10mg分散到裝有40 mL 10%甲醇溶液的耐熱玻璃杯中，隨后充入氬氣后進行密封處理，形成密封容器；

（7）在攪拌狀態下，采用300 W的高壓汞燈對密封容器進行照射2小時，混合液顏色由白色轉變藍色；

（8）向上述混合液中添加適量的金屬前驅液，在攪拌狀態下可獲得AuPt/N-TiO₂催化劑前體；

（9）將上述混合液進行過濾，將沉淀物在去離子水和無水乙醇中清洗三遍，置于80℃烘箱內烘干12小時，之后將在350℃馬弗爐中煅燒，獲得雙金屬光催化劑AuPt/N-TiO₂。