金属/石墨相氮化碳光催化氧化硫醚和醇类化合物的研究

发布时间：2022-02-11 20:28

　　氧化反应是有机合成中重要的反应类型之一,通过氧化反应可以将廉价的原料氧化为高附加值的产物。因此,受到化学家的广泛关注。亚砜和酮类化合物是医药化学和精细化学的重要组成部分,可以通过氧化相应的硫醚和醇得到。传统的硫醚和醇的氧化合成亚砜和酮类化合物的方法使用过氧化物以及高锰酸钾等作为氧化剂,或需要高温、高压才可以使反应进行,反应条件严苛,反应过程复杂,使其工业化受到限制。近年来,光化学反应因其反应温和、安全高效、环境友好等特点,吸引了人们的关注。光催化剂是光化学反应顺利进行的必要条件,因此,开发性能良好的光催化剂是目前研究的热点领域。本研究通过将金属（M）与石墨相氮化碳（g-C₃N₄）进行复合,得到金属负载的石墨相氮化碳光催化剂（M/g-C₃N₄）,研究其光催化氧化硫醚和醇类化合物的性能。主要内容及结果如下:建立以铜负载石墨相氮化碳（Cu/g-C₃N₄）作为光催化剂,以O₂作为氧化剂,乙腈（Me CN）作为溶剂,室温下光催化氧化硫醚制备亚砜... 

【文章来源】：内蒙古民族大学内蒙古自治区

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

半导体光催化机理

内蒙古民族大学硕士学位论文3图1-2石墨相氮化碳的三嗪(a)和3-s三嗪(b)结构示意图1.2.1制备方法进展自然界中暂时没发现存在天然的g-C3N4，目前研究的g-C3N4来自于实验室合成。常用的前驱体有三聚氰胺、双氰胺、尿素和硫脲等。常用的制备方法有溶剂热法、高温高压固相合成法、电化学沉积法和热聚合法等。溶剂热法是合成g-C3N4的方法之一。这种方法是在合适的溶剂中加入富C和富N元素的前驱体，利用高压反应釜即可合成得到g-C3N4。Bai等人利用四氯化碳(CCl4)和氯化铵(NH4Cl)在400℃的高压釜内反应20h，得到了g-C3N4[28]。Bi等人以三聚氰胺(C3N3(NH2)3)和乙酰丙酮镍(C10H14NiO4)为原料，在200°C通过溶剂热法合成Ni/g-C3N4催化剂[29]。高温高压固相合成法是一种条件比较严苛的合成方法，对实验条件有较高的要求。Lu等人用三聚氰氯(C3N3Cl3)、叠氮化钠(NaN3)和锌粉做前驱体，并额外加入一定量的苯，反应在高压反应釜中进行，充满N2，压力达到40MPa，在220℃反应，可以得到g-C3N4[30]。电化学沉积法一般是指金属或金属化合物在电流作用下在电极表面沉积的方法。Yan等人利用甲醇(CH3OH)和尿素(CO(NH2)2)作为沉积液，在硅片上得到了g-C3N4薄膜[31]。热聚合法是目前比较常用的一种制备方法。该方法制备过程简单，产率较高。Liu等人以尿素为前驱体，使用马弗炉，在550℃的条件下成功制备了g-C3N4[32]。Wang等人以三聚氰胺为原料，分别在400℃和520℃的条件下合成了g-C3N4[33]。

内蒙古民族大学硕士学位论文5图1-3pH=7时各种半导体光催化剂的带隙构建合理的复合型催化剂可以很大程度上提高g-C3N4的光催化性能。半导体复合就是将g-C3N4与另一种具有合适的价带和导带位置的半导体材料复合。g-C3N4与另一个具有不同能带和电子结构的半导体单元之间的结合导致了复合后的新的电子结构。由于两侧之间的电势差，在异质结纳米复合材料的界面处产生了能带弯曲。反过来，这会在空间电荷区内诱导出内置电场，从而在空间上分离并迁移光生电子和空穴[39-41]。Zhou等人利用电化学方法合成了TiO2/g-C3N4异质结光催化剂[42]。Shen等人通过质子化作用在g-C3N4表面原位沉积TiO2制备了介孔TiO2/g-C3N4混合纳米结构[43]。氧化锌(ZnO)作为一种半导体材料，带隙为2.3eV，也可以与g-C3N4进行复合。Wang等人报道了在可见光（λ>450nm）下，ZnO/g-C3N4复合纳米材料的光电流显著增加了5倍，因为g-C3N4和ZnO的协同作用可以高效的产生光生电荷[44]。WO3也具有合适的带隙与g-C3N4复合。Huang等人制备了WO3/g-C3N4复合催化剂，用于降解亚甲基蓝和对氯苯酚[45]。与单独的WO3和g-C3N4光催化剂相比，复合催化剂的可见光吸收和比表面积均有提高。Ma等人以P25和三聚氰胺为前驱体，经过一步煅烧，得到了TiO2/g-C3N4复合物，将其用于NO的氧化[46]。实验结果表明，TiO2/g-C3N4复合催化剂的NOx的转化率高于单一的TiO2或g-C3N4作为催化剂的转化率。贵金属负载在g-C3N4表面也可以提高光催化剂的性能。在贵金属与g-C3N4形成的异质结会形成一个空间电荷分离区，即肖特基势垒。电子从一种材料迅速


本文编号：3620900