一种苯甲醇氧化半导体光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种苯甲醇氧化半导体光催化剂及其制备方法与应用。本发明专利技术将铋源和钨源分散于水中，加入表面活性剂后进一步利用水热法合成Bi2WO6，并将铋盐和铯盐溶于有机溶剂中形成Cs3Bi2Br9前驱液；然后将合成的Bi2WO6均匀分散在另一种有机溶剂中，再将前驱液加入Bi2WO6分散液中，剧烈搅拌后抽滤并且烘干形成Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂。制备的Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂具有良好的光生载流子分离和转移效率，受光照射，可以实现光催化选择性氧化苯甲醇生成苯甲醛，在两小时的光照条件下，苯甲醇的转化率最高可达95％，选择性约为99％。选择性约为99％。选择性约为99％。

【技术实现步骤摘要】
一种苯甲醇氧化半导体光催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种苯甲醇氧化半导体光催化剂及其制备方法与应用，属于光催化氧化


技术介绍

[0002]芳香醇的选择性转化过程是有机合成中一类关键的官能团转化过程，在现代工艺和精细化工中是一个重要的有机化学反应。芳香醇如苯甲醇等对应的苯甲醛是最为常用的化工原料，可以广泛应用于染料、药品和香料等
苯甲醛也是精细化工中重要的有机反应中间体。同时，由于苯甲醇是大多数木质素模型化合物的关键结构单元，其反应性和转化策略也成为研究热点。然而，传统氧化方法通常需要使用高价态的重金属盐(如重铬酸钾等)、贵金属催化剂和严苛的反应条件(如高温高压)等，这不仅会造成能量的大量消耗和生产成本的增加，同时还不可避免地产生多种有毒副产物，对环境造成很大的危害。光催化因其廉价、高效和环境友好的温和反应条件受到了广泛关注。然而，目前传统光催化剂如二氧化钛等选择性氧化仍存在反应活性低、产物选择性差、易失活等问题。
[0003]近年来，以铅基卤化物钙钛矿材料(Lead halide perovskites，LHPs)为代表的金属卤化物钙钛矿材料(Metal halide perovskites，MHPs)因其优异的光学性能，受到了广泛关注，被认为是非常有潜力的光催化材料，但是卤化物钙钛矿材料在水相中具有不稳定易分解的特点严重限制了其在光催化领域中的应用，鉴于此，寻找非水相的反应条件，如将其应用在有机相的有机合成反应中对于扬长避短充分发挥其光学优势就很有必要。此外，铅基卤化物钙钛矿材料由于铅的高毒性阻碍了其大规模应用，而铋作为一种无毒重金属元素就成为了替代铅的重要选择之一。而且值得注意的是，由于卤化物钙钛矿材料在光催化中的应用研究仍处于起步阶段，其光催化性能还不是很令人满意，因此，探究合适的非铅基卤化物钙钛矿材料并且研发进一步提升其光催化性能的方法就显得尤为重要。
[0004]目前对金属卤化物钙钛矿材料的研究大体分为两个方面：
[0005]1、铅基卤化物钙钛矿复合材料
[0006]现有技术中公开的铅基卤化物钙钛矿复合材料，如溴化铅铯/二氧化钛复合光催化剂材料、溴化铅铯量子点修饰的氧化锌复合光催化剂、溴化铅铯量子点/氮化碳纳米片光催化材料等。由于上述铅基卤化物钙钛矿复合材料使用了高毒性的铅，不适合大规模推广使用。
[0007]2、非铅基卤化物钙钛矿材料
[0008]非铅基卤化物钙钛矿材料常见的为铋基卤化物钙钛矿材料，它是将含铋源的化合物、含铯源的化合物、有机溶剂混合得到混合物前驱体再滴入醇中得到，该催化剂的苯甲醇选择性还可以，但转化率较低。可见，目前的卤化物钙钛矿材料的研究没有解决“含铅卤化物钙钛矿具有毒性，光催化活性较差以及见水容易分解”的问题。

技术实现思路

[0009]针对上述问题，本专利技术提供了一种苯甲醇氧化半导体光催化剂Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物及其制备方法与应用。本专利技术将铋源和钨源分散于水中，加入表面活性剂后进一步利用水热法合成Bi2WO6，并将铋盐和铯盐溶于有机溶剂中形成Cs3Bi2Br9前驱液；然后将合成的Bi2WO6均匀分散在另一种有机溶剂中，再将前驱液加入Bi2WO6分散液中，剧烈搅拌后抽滤并且烘干形成Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂。制备的Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂具有良好的光生载流子分离和转移效率，受光照射，可以实现光催化选择性氧化苯甲醇生成苯甲醛，在两小时的光照条件下，苯甲醇的转化率超过了90％，选择性约为99％。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种苯甲醇氧化半导体光催化剂Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物的制备方法，其特征是，具体包括如下步骤：
[0011](1)制备Bi2WO6纳米花
[0012]将铋源和钨源加入水中，并加入表面活性剂充分搅拌形成均一稳定的悬浊液，接着将悬浊液转移入水热反应釜中，经水热反应，然后降温至室温，抽滤、烘干后得到Bi2WO6纳米花；
[0013](2)制备Cs3Bi2Br9前驱液
[0014]将不同于步骤(1)中的铋盐和铯盐溶于有机溶剂中形成前驱液；
[0015](3)制备Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂
[0016]将制备的Bi2WO6分散在不同于步骤(2)的另一种有机溶剂中，超声一定时间至分散均匀，并向其中加入步骤(2)制备的Cs3Bi2Br9前驱液，剧烈搅拌进行复合，然后抽滤、烘干形成Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂。
[0017]优选的，所述步骤(1)中的铋源可以为硝酸铋、柠檬酸铋等，优选硝酸铋；所用的钨源为钨酸钠、钨酸钾等，优选钨酸钠；铋和钨的摩尔比为2.5
‑
1.5：1，优选为2：1。
[0018]优选的，所述步骤(1)的表面活性剂可以为CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、CTAC(十六烷基三甲基氯化铵)等，优选为CTAB。
[0019]优选的，所述步骤(1)的水热反应温度为140
‑
180℃，更优选为155
‑
175℃，进一步优选为160℃。
[0020]优选的，所述步骤(1)的水热反应时间为18
‑
30小时，更优选为20
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26小时，进一步优选为24小时。
[0021]优选的，所述步骤(2)的前驱液中的机溶剂为二甲基亚砜或N,N
‑
二甲基甲酰胺。可以溶解相应的溴化盐溶液。
[0022]优选的，所述步骤(2)的铋盐为溴化铋，铯盐为溴化铯。优选的，铋盐和铯盐的摩尔比为1.7
‑
2.3：2.6
‑
3.4，进一步优选为2：3。
[0023]优选的，所述Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂中，Bi2WO6相比Cs3Bi2Br9的负载量为5％
‑
40％，优选为10％
‑
30％，进一步优选为20％。负载量过多会导致催化活性下降。
[0024]优选的，所述步骤(3)中，另一种有机溶剂指的是醇类有机溶剂，优选为异丙醇。
[0025]优选的，所述步骤(3)中，超声处理的时间为5
‑
15分钟，优选为10分钟。
[0026]优选的，所述步骤(3)中，剧烈搅拌的时间为1.5
‑
2.5小时。
[0027]优选的，所述步骤(1)和步骤(3)中，烘干为真空烘干，真空烘干的温度为60
‑
90℃，真空烘干的时间为10
‑
14小时。更优选的，真空烘干的温度为80℃，真空烘干的时间为12小
时。
[0028]作为本专利技术的优选方案，其具体包括以下步骤：
[0029](1)制备Bi2WO6纳米花
[0030]利用经典的一锅水热法合成了Bi2WO6纳米花，具体来说，首先将Bi(NO3)3和Na2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种苯甲醇氧化半导体光催化剂的制备方法，其特征是，具体包括如下步骤：(1)制备Bi2WO6纳米花将铋源和钨源加入水中，并加入表面活性剂充分搅拌形成均一稳定的悬浊液，接着将悬浊液转移入水热反应釜中，经水热反应，然后降温至室温，抽滤、烘干后得到Bi2WO6纳米花；(2)制备Cs3Bi2Br9前驱液将不同于步骤(1)中的铋盐和铯盐溶于有机溶剂中形成前驱液；(3)制备Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂将制备的Bi2WO6分散在不同于步骤(2)的另一种有机溶剂中，并向其中加入步骤(2)制备的Cs3Bi2Br9前驱液，剧烈搅拌进行复合，然后抽滤、烘干形成Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中的铋源为硝酸铋或者柠檬酸铋；所述的钨源为钨酸钠或者钨酸钾。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤(1)的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或者十六烷基三甲基氯化铵。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤(1)的水热反应温度为140
‑
180℃；水热反应时间为18
‑
30小时。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤(2)的铋盐为溴化铋，铯盐为溴化铯；所述的机溶剂为二甲基亚砜或N,N
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二甲基甲酰胺。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述Cs3Bi2Br9/Bi2WO6复合物光催化剂中，Bi2WO6相比Cs3Bi2Br9的负载量为5％
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔子浩，刘奇浩，石鹏，颜港，苏丹丹，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：