【摘 要】
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光催化法在温和条件下选择性氧化烃类制备高附加值含氧有机化学品在化学工业领域具有重要意义。相比传统催化技术,光催化法具有反应条件温和、绿色等优点,多相光催化剂由于廉
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光催化法在温和条件下选择性氧化烃类制备高附加值含氧有机化学品在化学工业领域具有重要意义。相比传统催化技术,光催化法具有反应条件温和、绿色等优点,多相光催化剂由于廉价、易与产物分离等特点引起广泛关注。然而,多相光催化剂催化效率低限制其实际应用。提高多相光催化效率的关键是提高光催化剂光吸收效率、增强光生载流子的分离和强化光催化反应。通过构造异质结可以拓宽光的吸收、构建内建电场促进界面电荷转移与分离。Bi2MoO6由于合适的带隙位置、较好的可见光吸收性能、廉价、稳定的特性受到光催化界的关注。近些年来,在芳香烃、芳香醇的氧化中Bi2MoO6作为光催化剂表现出较好的催化活性。但,由于存在光生载流子寿命短、复合率高等问题制约Bi2MoO6的应用。基于此,本文通过调控Bi2MoO6的形貌,与g-C3N4、Bi2WO6构建异质结来增强载流子的分离,抑制光生电子和空穴的复合来提高光催化活性,并将催化剂的结构与光催化选择性氧化甲苯性能关联起来,结合相关控制实验和ESR的捕获实验,提出可见光选择性氧化甲苯可能的机理。本论文取得如下研究结果:(1)Bi2MoO6/g-C3N4零维/二维(0D/2D)异质结。通过简单两步法将Bi2MoO6量子点(QDs)均匀地锚定在2D g-C3N4纳米片上,不仅可以缩短电荷迁移距离、拓宽可见光吸收范围还能提供丰富的催化活性位点。所制备的Bi2MoO6/g-C3N4(0D/2D)在氧气作为氧化剂时,光催化甲苯选择性氧化成苯甲醛显示出优异的催化性能,当Bi2MoO6 QDs:2D g-C3N4质量比为2:10时,复合光催化剂活性最高,可见光照(λ>400 nm)无溶剂条件下,生成苯甲醛的速率为850.7μmol g-1 h-1。(2)超薄Bi2MoO6-Bi2WO6 2D/2D异质结。为提高复合光催化剂异质结的接触面积,采用CTAB作为结构导向剂,通过两步水热法可控制备Bi2MoO6纳米片与Bi2WO6纳米片紧密接触的异质结结构。由于2D/2D异质结的构建,光生载流子的迁移得到强化,载流子复合得到抑制,当Bi2WO6与Bi2MoO6的摩尔比为1:2时,可见光下苯甲醛的速率达984.7μmol g-1 h-1。
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