钼酸铋光催化甲苯选择性氧化的研究.doc

钼酸铋光催化甲苯选择性氧化的研究苯甲醛作为重要的化工产品和中间体,在医药、农药、香料和染料等领域有着广泛应用。以甲苯为反应原料,传统热催化法制备苯甲醛存在反应条件苛刻（高温、高压）、成本高、目标产物选择性低以及环境污染的问题。光催化甲苯选择性氧化制备苯甲醛不仅可以在温和条件下,而且可以高选择性的获得目标产物。但是目前仍存在催化活性低、催化剂仅能吸收紫外光和使用有毒有害溶剂等缺点。钼酸铋（Bi₂MoO₆）作为一种易得、廉价的光催化材料,具有很好的可见光吸收能力、合适的能带结构（即:合适的氧化、还原能力）而引起了光催化研究者们的关注。光催化剂的催化性能与其结构、形貌以及负载助催化剂息息相关。因此,本文一方面通过简单的水热法和醇热法,以MoO₃作为前驱体,可控制备具有不同厚度的Bi₂MoO₆纳米片（6?120nm）,并探究它们在可见光下催化甲苯选择性氧化制备苯甲醛的性能;另一方面,通过在Bi₂MoO₆纳米片表面负载贵金属Pd纳米颗粒,通过探究不同Pd负载量对催化剂光催化活性的影响,分析催化剂理化性质与催化性能之间的定性、定量关系。本论文开展的主要研究工作及取得的成果总结如下:1.通过光沉积法在Bi₂MoO₆纳米片表面沉积不同量的Pd纳米颗粒,随着Pd负载量增加,光催化活性先升高然后降低,当负载量为1%时,在可见光照射下,以O₂为氧化剂,三氟甲苯为溶剂,甲苯转化率可达11.5%,苯甲醛选择性为98%,苯甲醛收率766.7μmol·g^-1·h^-1。由于贵金属Pd的负载不仅能够提高其对可见光的吸收,而且能够促进载流子的分离。通过自由基捕获也发现空穴是该催化过程中最主要的活性物种。2.以MoO₃纳米棒为前驱体,通过简单的水热、醇热法可控合成了具有不同厚度的Bi₂MoO₆纳米片,其中以醇热法可以制备超薄Bi₂MoO₆纳米片（约6nm）。在可见光照射下,以O₂为氧化剂,三氟甲苯为溶剂,可以高选择性（选择性大于96%）氧化甲苯制备苯甲醛。Bi₂MoO₆纳米片的光催化活性与其片的厚度相关,厚度越薄,光催化活性越高。通过自由基捕获实验探究光催化反应机理,发现空穴是该催化过程中最主要的活性物种。空穴与催化剂表面吸附的甲苯反应生成苄基自由基是该反应的控速步骤,随后生成的苄基自由基与O₂反应生成过氧苯甲基中间体,中间体最终脱水生成目标产物苯甲醛。