[發明專利]多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111389598.4
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114082444B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 黃彩進;邢芳舒;曾人友;程楚楚
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J31/18
• 分類號: B01J31/18;B01J27/19;B01J37/08;C07C45/00;C07C47/54;C01B3/32;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發明公開了一種多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑及其制備方法和應用。該復合光催化劑的制備采用二級組分嵌入策略，經由溶劑熱條件下磷鉬酸團簇和硫銦鋅晶核自組裝過程，一步合成出多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片花狀微球復合材料。本發明利用多酸團簇納米級尺寸優勢，構造了多酸團簇與硫銦鋅間分子級接觸界面，利于異質結界面間載流子高效分離及傳輸。在內建電場驅動下光生載流子遷移遵循Z型機理，保留了所述雙功能光催化體系最佳氧化及還原優勢，能夠實現電子及空穴對同步利用。該多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑適用于水相、厭氧環境下光催化制氫及苯甲醇氧化偶聯反應，催化性能優異。

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，一種多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

C–H鍵活化被譽為有機化學領域的圣杯，其中，因芳香羰基化合物在精細化工和制藥領域的廣泛應用，芳香醇選擇性氧化生成相應羰基產物成為一種重要且具有吸引力和挑戰性的反應。相較于傳統熱催化途徑，光催化技術突破了高溫、高壓反應瓶頸，利于芳香醇轉化在常溫、常壓的溫和條件下進行。然而，受限于光催化劑氧化能力及載流子遷移–分離效率，絕大多數光催化芳香醇氧化應用需要附加氧化劑（例如O₂、H₂O₂）的使用，通過借助由氧化劑接收光生電子而生成的活性氧物種來提高醇氧化效率；另一方面，有機溶劑（例如乙腈、三氟甲苯、正己烷）經常作為反應介質，用以改善醇底物的溶解度從而提升收率。氧化劑及有機溶劑的應用不僅增加了反應成本，同時對環境造成了潛在危害。因此，開發雙功能新型光催化劑，選用水作為環境友好反應媒介，在厭氧氣氛下實現同步光催化苯甲醇選擇性氧化及氫析出，更具經濟及環保價值。

多金屬氧酸鹽是一類由前過渡金屬氧簇為基本單元形成的納米級團簇化合物，具有精確的原子結構、穩定性及強氧化能力，同時具有類半導體特性，已被應用于諸多光/熱催化氧化反應中，例如烯烴、烷烴、芳烴、醇氧化反應。但大部分多酸團簇易于溶解，不利于循環使用，且多酸較低的LUMO能級限制了其光催化還原水平，因此當前還未見多酸基催化劑在光催化制氫和苯甲醇選擇性氧化偶聯反應中的報道。本發明通過能級匹配構建多酸基Z型異質結，保留材料最佳氧化、還原性能；同時利用二級組分嵌入策略將均相多酸團簇異相化，開拓多酸基材料光催化應用新場景。

發明內容

本發明的目的在于遵循綠色化學理念，摒棄傳統光催化芳香醇氧化反應中氧化劑及有機溶劑的使用，于水相、厭氧的綠色反應條件下，實現同步、高效光催化制氫及芳香醇選擇性轉化，而提供的一種多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑及其制備方法和應用。本發明利用多酸團簇納米級尺寸優勢，構造了多酸團簇與硫銦鋅間分子級接觸界面，利于異質結界面間載流子高效分離及傳輸。在內建電場驅動下光生載流子遷移遵循Z型機理，保留了所述雙功能光催化體系最佳氧化及還原優勢，能夠實現電子及空穴對同步利用。本發明貫徹綠色化學理念，所制備多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑適用于水相、厭氧環境下光催化制氫及苯甲醇氧化偶聯反應，催化性能優異，且無需任何有機溶劑及附加氧化劑使用，環境友好。本發明首次實現多酸基復合材料協同光催化制氫及苯甲醇厭氧氧化，為光催化劑研發提供新思路，具有廣闊的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑，所述復合光催化劑是由納米級磷鉬酸團簇嵌入超薄二維硫銦鋅納米片組成的復合材料。所述多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑中磷鉬酸團簇與硫銦鋅納米片的質量比為0.05–3 :100。采用二級組分嵌入策略，通過溶劑熱條件下多酸團簇與硫銦鋅晶核自組裝，一步制備得到多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片花狀微球復合材料。

所述多酸團簇與硫銦鋅納米片間形成內建電場，驅動光生載流子遷移遵循Z型光催化機理。所述多酸團簇嵌入硫銦鋅納米片Z型雙功能復合光催化劑首次實現多酸基復合材料于厭氧條件下的苯甲醇轉化偶聯氫產生應用，且催化環境為水相條件，無任何附加氧化劑使用，于經濟及環保層面具備較高價值。