一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用，包括以下步骤：将水溶性光催化剂溶于水中，加入氮芳基四氢异喹啉衍生物和吲哚类化合物，搅拌状态下利用光源照射反应1～18h，得到偶联产物。本发明专利技术所使用的铀酰盐光催化剂在水中溶解性好，不溶于有机溶剂。在均相体系中反应良好，因此使用有机溶剂萃取反应体系产物，回收水相，直接用于下一次的反应。本发明专利技术的水溶性光催化剂可以循环回收再利用，循环回收再利用四次后依然保持高的催化活性和好的收率。好的收率。好的收率。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用


[0001]本专利技术属于有机合成制备
，具体涉及一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用。

技术介绍

[0002]无金属反应、绿色溶剂、可回收催化剂、光催化等，都是实现“绿色化学”的重要方法。其中使用可回收的催化剂既绿色环保，还可以节约成本，受到工业生产的广泛关注。
[0003]尽管方便回收的异相催化剂已经被开发出来，但是在反应中总是存在反应性，选择性较差的问题。相比之下，均相催化剂有着更好的反应活性，但难与反应溶剂分离，很难回收使用，这样浪费催化剂与溶剂，提高生产成本。
[0004]自由基反应是有机合成中最有效的方法之一，大多种类自由基在水中相对稳定。此外，水不具有反应性官能团和强OH键，因此不太可能提取氢。可见光介导的水中光氧化还原反应引起了越来越多的兴趣。然而，只有少数在水中使用异相催化剂的回收催化剂实例被报道。
[0005]与传统的光催化剂相比，铀酰盐光催化剂最近作为一种理想的水溶性光氧化催化剂出现在光氧化催化领域。99.3％的天然铀由无裂变几乎没有放射性的同位素
238
U组成，是铀浓缩的主要副产品，这种材料只有5％被重新使用。
[0006]在水中使用可重复利用的硝酸铀酰六水化合物(UO2(NO3)2·
6H2O)作为光催化剂，利用空气作为氧化剂进行温和高效的光反应，完全符合绿色化学的范畴，将为科研技术人员提供一种全新的构建目标产物的策略。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用，该水溶性光催化剂不使用贵金属，可循环性好，反应条件温和。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用，包括以下步骤：
[0010]将水溶性光催化剂溶于水中，加入摩尔比为(1.1～3):1的氮芳基四氢异喹啉衍生物和吲哚类化合物，搅拌状态下利用光源照射反应1～18h，得到偶联产物；所述水溶性光催化剂与吲哚类化合物的摩尔比为(0.04～0.08):1，所述吲哚类化合物与水的摩尔比为1:(1000～1200)；
[0011]所述氮芳基四氢异喹啉衍生物选自以下化合物的一种：
[0012][0013]其中，
[0014]R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
10
、R
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、R
12
、R
13
、R
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各自独立的选自氢、 C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基、C1～C20直链烷氧基、C1～C20支链烷氧基、氟、氯、溴。
[0015]较优选的，所述氮芳基四氢异喹啉衍生物中：R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、 R
10
、R
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、R
12
、R
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、R
14
各自独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基、乙氧基、异丙氧基、氟、氯、溴。
[0016]最优选的，所述氮芳基四氢异喹啉衍生物选自以下化合物的一种：
[0017][0018]所述吲哚类化合物选自以下化合物的一种：
[0019][0020]其中，
[0021]R
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选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基；
[0022]R
16
选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基；
[0023]R
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、R
18
、R
19
、R
20
各自独立的选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基、C1～C20 直链烷氧基、C1～C20支链烷氧基、氟、氯、溴。
[0024]较优选的，所述吲哚类化合物中，R
15
选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基；
[0025]R
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选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基；
[0026]R
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、R
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、R
19
、R
20
各自独立的选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基、乙氧基、异丙氧基、氟、氯、溴。
[0027]最优选的，所述吲哚类化合物选自以下化合物的一种：
[0028][0029]所述水溶性光催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0030]将金属铀在700～800℃的氧化温度下氧化0.5～5h，将完全氧化后的U3O8粉末加入硝酸和蒸馏水中，静置1～3h后过滤备用，获得酸溶解液；硝酸加入量的摩尔比为U3O8:HNO3＝1： (5～20)，水加入量的摩尔比为U3O8:H2O＝1：(40～100)；
[0031]开启制冷装置，将上述配置好的酸溶解液放置于预冻室中，温度设定为
‑
15℃～
‑
20℃，待1～14h，溶液冷冻结实，转移至干燥室快速抽气后，将真空度设置为600Pa，温度为
‑ꢀ
20℃，进行第一步脱水，1～5分钟产生大量气泡，表面爆沸剧烈，0.1～1h后增加真空度，设置为100Pa，温度为
‑
60℃，干燥时间为1～2h，冷冻干燥结束，在五分钟之内慢慢增大冷冻干燥室内的压力至大气压，温度设置为35～45℃，获得硝酸铀酰六水化合物。
[0032]所述光源照射反应是指日光照射、白灯照射或单一波长456nm的光源照射。
[0033]由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0034]本专利技术提供的水溶性光催化剂在光催化反应中的应用，可以实现以金属铀及其化合物为原料，采用真空冷冻干燥法由硝酸铀酰溶液制备得到硝酸铀酰细粉，相比较传统的常压干燥、沸腾干燥，采用真空低温冷冻干燥可以降低耗能，在常温下较长的时间保存；同时真空冷冻干燥法制备的粉体分散性好、粒度在20～150微米范围，化学成分纯、粒子间无硬团聚。
[0035]本专利技术所使用的铀酰盐光催化剂在水中溶解性好，不溶于有机溶剂。在均相体系中反应良好，因此使用有机溶剂萃取反应体系产物，回收水相，直接用于下一次的反应。本专利技术的水溶性光催化剂可以循环回收再利用，循环回收再利用四次后依然保持高的催化活性和好的收率，而现有技术中所使用的催化剂并不能循环回收进行再利用。
[0036]本专利技术所使用的铀酰盐光催化剂可以量产，与现有技术的贵金属催化剂，纳米材料催化剂相比，更加经济，并且具有易回收，高活性的特点，从而大大降低了反应成本。
[0037]本专利技术与现有技术相比，使用光源温和，日光即可反应，使用氧化剂易得，空气就可以充当氧化剂，使用水作为溶剂既环保，又可以循环使用，且能拿到较高产率，原料廉价易获得，专利技术操作简单。
附图说明
[0038]图1是实施例1制备的硝酸铀酰六水化合物的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性光催化剂在光催化反应中的应用，其特征在于，包括以下步骤：将水溶性光催化剂溶于水中，加入摩尔比为(1.1～3):1的氮芳基四氢异喹啉衍生物和吲哚类化合物，搅拌状态下利用光源照射反应1～18h，得到偶联产物；所述水溶性光催化剂与吲哚类化合物的摩尔比为(0.04～0.08):1，所述吲哚类化合物与水的摩尔比为1:(1000～1200)；所述氮芳基四氢异喹啉衍生物选自以下化合物的一种：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R
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、R
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、R
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、R
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、R
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各自独立的选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基、C1～C20直链烷氧基、C1～C20支链烷氧基、氟、氯、溴；所述吲哚类化合物选自以下化合物的一种：其中，R
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选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基；R
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选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基；R
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、R
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、R
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、R
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各自独立的选自氢、C1～C20直链烷基、C1～C20支链烷基、C1～C20直链烷氧基、C1～C20支链烷氧基、氟、氯、溴；所述水溶性光催化剂的制备方法包括以下步骤：将金属铀在700～800℃的氧化温度下氧化0.5～5h，将完全氧化后的U3O8粉末加入硝酸和蒸馏水中，静置1～3h后过滤备用，获得酸溶解液；硝酸加入量的摩尔比为U3O8:HNO3＝1：(5～20)，水加入量的摩尔比为U3O8:H2O＝1：(40～100)；开启制冷装置，将上述配置好的酸溶解液放置于预冻室中，温度设定为
‑
15℃～
‑
20℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，王金鑫，张宇，田赛赛，吕帅澎，李秋豪，桑冀威，夏丁丁，李艳川，韩心雨，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军军医大学，
类型：发明
国别省市：