【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电催化生物质转化领域，具体涉及一种氧空位水滑石基复合光电极及其制备方法和应用，尤其涉及氧空位水滑石基复合光电极在光电分解水耦合生物质氧化中的应用。
技术介绍
1、乳酸作为重要化学平台分子，可用于制备乳酸烷基酯、丙烯酸以及聚乳酸等化学品或生物材料，在食品、制药、化妆品和化工等领域有广泛应用。目前制备乳酸主要采用发酵法，发酵过程一般要求在厌氧、碱性条件下进行，周期约2到4天。由于对乳酸需求的迅速提高，以及发酵制乳酸的局限性，具有反应快速、反应条件易控、催化剂可循环使用、有害废弃物少、产率较高等优点的化学催化法被应用在乳酸制备的研究中。以丰富的生物质资源(如甘油)为原料，利用催化氧化技术生产乳酸，是一种非常有潜力的绿色和可持续的方法。
2、甘油催化转化为乳酸需经历脱氢、异构化、脱水和水合反应过程，为克服速率控制步骤的能垒，一般采用热催化和电催化技术进行甘油第一步脱氢。通过加入至少4当量的碱活化甘油实现脱氢以及后续碱催化过程，最终转化为乳酸。在使用贵金属催化剂体系，甘油转化为乳酸的最高选择性为78％。但过量碱的加入容易诱导c-c键断裂，因此，寻求在温和反应条件下实现甘油脱氢，同时避免c-c键断裂的催化方法显得十分紧迫。
3、另一方面，甘油催化转化为乳酸过程中，除了脱氢这一速率控制步骤涉及催化氧化，醇脱水过程以及水合过程与氧化还原性质关系不大[j.am.chem.soc.,2023,145,11110-11120]，必须通过构筑催化剂的碱性和酸性位点，完成甘油氧化中间体转化为乳酸。其中，甘油脱氢后的
4、层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，ldhs)，也被称为水滑石，是典型的无机二维材料。金属离子在水滑石层板上均匀分布是其显著的结构特点，且层板上每个金属离子与六个羟基相连形成m(oh)6八面体，这决定了水滑石表面具有可调变的表面酸碱性质。因此，水滑石在甘油转化领域有很多应用[acs catal.2020,10,12437-12453；acs catal.2022,12,6946-6957]。目前，研究较多的是利用水滑石表面丰富的羟基基团，增强对甘油的特定吸附和氧化后产物的脱附作用，从而提高生成二羟基丙酮的选择性。如果想实现乳酸这条路径，必须增加水滑石表面的酸位点数量。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本专利技术是为了解决现有甘油氧化制乳酸方法中存在的使用过量碱、c-c键易断裂、贵金属催化剂成本高、反应能耗较大等缺点，提出一种氧空位水滑石基复合光电极，及其制备方法以及该复合光电极在光电催化甘油选择性氧化制备乳酸的应用。
2、具体而言，本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面提供了一种氧空位水滑石基复合光电极，包括钒酸铋电极和生长于所述钒酸铋电极表面的含氧空位的水滑石，其中，含氧空位的水滑石化学式为：[m2+1-xm3+x(oh)](x+1)+(an－)(x+1)/n·mh2o，m2+代表二价金属离子，m3+代表三价金属离子，an－为层间阴离子，n＝2，m为水分子数，m＝5～15，x＝1/3～1；所述含氧空位的水滑石为层状双金属氢氧化物，层板结构如式(ⅱ)所示：
4、
5、本专利技术所提供的氧空位水滑石基复合光电极可以表示为ldhs-ov@bivo4光电极，其中ldhs-ov为含氧空位的水滑石。所提供的氧空外水滑石基复合光电极可用于光电解水耦合甘油氧化生产乳酸，具有操作简便、温和绿色的优点，为甘油氧化高选择性制取乳酸提供了新途径。
6、根据本专利技术的实施例，以上所述的氧空位水滑石基复合光电极还可以进一步包括如下技术特征：
7、根据本专利技术的实施例，所述m2+为ni2+、co2+、cu2+中的一种，m3+为al3+，an－是碳酸根。根据本专利技术的优选实施例，所述m2+为co2+，m3+为al3+。
8、根据本专利技术的实施例，所述复合光电极的表面酸总含量为0.37-1.57mmol/g，优选为1.17mmol/g。
9、本专利技术的第二方面提供了一种氧空位水滑石基复合光电极的制备方法，所述氧空位水滑石基复合光电极为第一方面所述的氧空位水滑石基复合光电极，所述制备方法包括：将钒酸铋电极放入含有m2+、m3+、尿素和氟化铵混合液中，水热反应得到水滑石基复合光电极(ldhs@bivo4光电极)；将所述水滑石基复合光电极浸渍在硼氢化钠溶液中，还原得到所述氧空位水滑石基复合光电极。
10、根据本专利技术的实施例，以上所述的氧空位水滑石基复合光电极的制备方法还可以进一步包括如下技术特征：
11、根据本专利技术的实施例，所述硼氢化钠溶液的浓度值为0.1-1.0mol/l；优选地，所述硼氢化钠溶液的浓度值0.2mol/l。
12、根据本专利技术的实施例，浸渍的时间为1min-30min；优选地，浸渍的时间为15min。
13、根据本专利技术的实施例，所述m2+、m3+的摩尔比为2:1-4:1，所述尿素添加量为20-70mmol，所述氟化铵添加量为1-10mmol。
14、根据本专利技术的实施例，水热反应的温度为90-120℃，时间为2-12h。
15、根据本专利技术的实施例，氧空位在水滑石基复合光电极的(003)晶面。
16、根据本专利技术的实施例，所述钒酸铋电极为在导电玻璃单面生长或涂覆的bivo4纳米颗粒。
17、根据本专利技术的实施例，所述导电玻璃为fto导电玻璃或ito导电玻璃。
18、本专利技术的第三方面提供一种氧空位水滑石基复合光电极在光电分解水耦合生物质氧化反应领域的应用。
19、根据本专利技术的实施例，所述生物质为甘油。
20、根据本专利技术的实施例，所述光电分解水耦合生物质氧化反应以所述的氧空位水滑石基复合光电极为阳极，以pt丝作为阴极，以ag/agcl为参比电极，构成三电极体系。
21、根据本专利技术的实施例，所述光电分解水耦合生物质氧化反应以硼酸钠缓冲溶液作为电解质。
22、根据本专利技术的实施例，所述光电分解水耦合生物质氧化反应的反应液为电解质与甘油的混合液，在氮气保护下，在偏压0.2-1.3v versus rhe下光照反应1-4h，使甘油在所述阳极上被选择性氧化为乳酸。
23、根据本专利技术的实施例，所述阴阳两极反应室采用质子膜进行隔离。
24、根据本专利技术的实施例，所述阴极采用排水法测量产生的氢气量。
25、根据本专利技术的实施例，所述光照反应中，光照方向为照射阳极的不导电面，光照强度为100mw/cm2。
26、本专利技术所提供的方案至少包括以下有益效果：
27、(1)本专利技术的氧空位水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧空位水滑石基复合光电极，其特征在于，所述氧空位水滑石基复合光电极包括钒酸铋电极和生长于所述钒酸铋电极表面的含氧空位的水滑石，
2.根据权利要求1所述的氧空位水滑石基复合光电极，其特征在于，所述M2+为Ni2+、Co2+、Cu2+中的一种，M3+为Al3+，An－是碳酸根；
3.根据权利要求1所述的氧空位水滑石基复合光电极，其特征在于，所述复合光电极的表面酸总含量为0.37-1.57mmol/g。
4.一种权利要求1～3中任一项所述的氧空位水滑石基复合光电极的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠溶液的浓度值为0.1-1.0mol/L；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，氧空位在水滑石基复合光电极的(003)晶面。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钒酸铋电极为在导电玻璃单面生长或涂覆的BiVO4纳米颗粒；
8.权利要求1～3中任一项所述的氧空位水滑石基复合光电极在光电分解水耦合生物质氧化反应领域的应用；
...【技术特征摘要】
1.一种氧空位水滑石基复合光电极，其特征在于，所述氧空位水滑石基复合光电极包括钒酸铋电极和生长于所述钒酸铋电极表面的含氧空位的水滑石，
2.根据权利要求1所述的氧空位水滑石基复合光电极，其特征在于，所述m2+为ni2+、co2+、cu2+中的一种，m3+为al3+，an－是碳酸根；
3.根据权利要求1所述的氧空位水滑石基复合光电极，其特征在于，所述复合光电极的表面酸总含量为0.37-1.57mmol/g。
4.一种权利要求1～3中任一项所述的氧空位水滑石基复合光电极的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠溶液的浓度值为0.1-1.0mol/l；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，...
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