[發明專利]鎳(II)負載混合相硫化鎘材料的制備及光催化活化飽和碳氫鍵的應用

在審

• 申請號: 201810489825.2
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108786851A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 佘厚德;李良善;孫毅東;蘇碧桃;王其召;王磊;黃靜偉
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C07C45/36;C07C47/54
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種鎳(II)負載混合相硫化鎘復合材料Ni(II)/CdS，是將硫化鎘、氯化鎳分別均勻分散在去離子水中，溶解后將兩種溶液混合，是將硫化鎘（CdS）、氯化鎳（NiCl₂·6H₂O）分別均勻分散在去離子水中，溶解后將兩種溶液混合，在40~80℃下攪拌反應0.5~3h，反應完成后用去離子水洗滌，干燥，即得目標產物Ni(II)/CdS。本發明通過Ni（II）對混晶CdS修飾后的Ni(II)/CdS具有優異的光催化性能，用于催化氧化甲苯成苯甲醛的反應，具有較高的催化速率（可達216.70μmolh^?1g^?1）和較高的甲苯轉化率（可達8.8%），對甲苯中飽和C?H（sp3）鍵活化的選擇性較高（可達78.8%）。

技術領域

本發明涉及一種鎳(II)負載混合相硫化鎘復合材料Ni(II)/CdS的制備方法，主要用于光催化劑活化飽和碳氫鍵的反應中。

背景技術

選擇性活化碳氫化合物中的飽和C-H（sp3）鍵生成高附加值的化學品對化學合成和轉化具有重要的現實意義。然而，選擇對環境友好的氧氣作為氧源，對選擇性氧化C-H鍵通常是非常難控制的。在熱力學非均相催化中，往往涉及使用過渡金屬顆粒和苛刻的反應條件（如高溫和高壓）。飽和碳-氫鍵（sp3）的選擇性氧化在溫和的條件下是化學合成工業方面的主要挑戰。在工業中碳氫鍵（sp3）的氧化過程，由于飽和碳氫鍵的熱力學能較強且動態惰性，通常需要高溫、高壓、有毒試劑以及重金屬離子的參與。從綠色化學的角度出發，開發一種環境友好型的烷烴選擇性氧化途徑是很重要的。報道指出，在溫和條件下，不同的半導體光催化作用于活化C-H鍵，使用價格低和含量豐富的氧作為氧源，從而降低了對環境的污染，符合一直以來倡導綠色化學這一理念。

已經有報道出，光催化劑半導體已經被應用于選擇性催化氧化C-H鍵，例如BiOBr/TiO₂，Bi₂MoO₆-Bi₂Mo₃O₁₂， VO@g-C₃N₄，CdS/TiO₂，W₁₅O₁₉，CdS等。硫化鎘（CdS）在光催化研究中廣泛應用于光催化材料，而帶隙（2.4 eV）比其他光催化材料要小得多。CdS也有一些作為光催化材料的優勢，比如可見光響應（λ>420nm），價格便宜和容易制備。基于CdS的研究常常作為基礎的研究。然而，純的CdS也存在高電荷載體復合率和光腐蝕性等缺點，導致了它相對較差的光催化活性。因此，可以改善CdS的電子-空穴對的高復合率，以增強光催化活性，例如負載助催化劑，與其他催化劑的復合和構成異質結等。據報道，CdS適合選擇性催化C-H鍵的反應。例如，徐藝軍的課題組已經報道了利用CdS半導體催化劑應用在選擇性催化甲苯合成苯甲醛的研究中，反應時間為40h，甲苯的轉化率達到了66%，李朝暉的課題組也報道了BiOBr/TiO₂選擇性催化甲苯的研究工作，反應時間4h，在可見光照射下，甲苯的轉化率只有0.12%。這兩種催化劑氧化甲苯成苯甲醛的速率低，反應時間長，效率低，而且甲苯的轉化率低。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術氧化甲苯成苯甲醛使用的催化劑存在的問題，提供一種制備工藝簡單、光催化活性高的Ni(II)/CdS復合材料，主要用于光催化活化飽和碳氫鍵（氧化甲苯）的反應中。

一、Ni(II)/CdS的制備

將硫化鎘（CdS）、氯化鎳（NiCl₂·6H₂O）分別均勻分散在去離子水中，溶解后將兩種溶液混合，在60~80℃下攪拌反應1~3h，反應液用去離子水洗滌，干燥，即得目標產物Ni(II)/CdS。

其中硫化鎘與氯化鎳的質量比為1:0.02~1:0.2，其對應的產物Ni(II)/CdS中，Ni(II)的質量百分數為0.5~5.0%。