基于C3N4复合材料的制备及其在水溶液中选择性氧化苯甲醇的研究

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二十世纪以来,随着经济又快又好的发展,环境污染问题越来越严重。随着人们对生活质量和环境的要求越来越高以及蜂拥而来的环境污染问题,科学家们希望开发环境友好、能耗低的有机合成技术,而苯甲醇选择性氧化制苯甲醛是有机合成中的重要组成部分,在学术实验室和工业上有着至关重要的意义。因此,开发环境友好的有机合成技术越来越受到广大研究人员的青睐。在醇选择性氧化领域,石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型无金属催化剂,具有合成方法简单、原料廉价、低毒性以及良好的热稳定性和化学稳定性等亮点。但是g-C3N4由于其颗粒直径较大、较低的比表面积、光生电子空穴复合率高以及在可见光区域较窄的吸收范围等缺陷,因此催化活性较低。目前许多科学家们主要通过以下三个方面对其进行改性:(1)与其他半导体材料复合形成异质结以抑制光生电子空穴的复合。(2)形态修饰以改变其比表面积。(3)与其他元素掺杂以提高材料对可见光的吸收范围。本研究以煅烧法制备g-C3N4,并采用硼氢化钠还原法制备AgPd/g-C3N4复合材料,提高在水溶液下苯甲醇选择性氧化为苯甲醛的转化率和选择性。主要研究内容及结果如下:(1)g-C3N4的制备及选择性氧化苯甲醇的研究以二氰二胺为前驱物,通过煅烧法制备得g-C3N4,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子自旋共振(ESR)和紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等现代研究技术对g-C3N4材料进行了表征测试;研究不同反应条件下对苯甲醇选择性氧化的影响,结果表明,在LED灯照射下、室温和5 mL乙醚下,苯甲醛的选择性达到了86.7%。自由基清除剂的使用表明,O2·-,OH·和h+都是负责苯甲醇选择性氧化制苯甲醛的主要活性物种。(2)AgPd/g-C3N4复合材料的制备及选择性氧化苯甲醇的研究以硼氢化钠为还原剂,制备出了Ag/g-C3N4、Pd/g-C3N4和AgPd/g-C3N4复合材料,采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和X射线光电子能谱分析(XPS)等现代研究技术对Ag/g-C3N4、Pd/g-C3N4和AgPd/g-C3N4复合材料样品进行了表征测试。研究了负载银和钯纳米颗粒对苯甲醇选择性氧化活性的影响,结果显示,成功地将银和钯纳米颗粒负载在g-C3N4的表面上,银和钯纳米颗粒可以减少光生电子和空穴的复合几率,从而提高了催化活性。
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