TiO2納米片光催化醇氧化及其反應(yīng)機(jī)理.pdf

1、21世紀(jì)，石油、天然氣和煤等資源面臨枯竭，而且，生產(chǎn)和利用化石能源帶來的環(huán)境問題日益突出。因此，減少化石能源消耗，發(fā)展可再生清潔能源勢在必行。其中，綠色清潔的光催化有機(jī)合成引起了化學(xué)化工領(lǐng)域的高度關(guān)注。光催化有機(jī)合成是利用可再生原材料或能源，在無毒、無害的條件下實(shí)現(xiàn)高效清潔的化學(xué)反應(yīng)過程，從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，使反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。但是，由于光催化有機(jī)合成反應(yīng)效率低，目前還無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)和應(yīng)用。

2、
　　針對以上背景，本論文以提高光催化有機(jī)合成效率為宗旨，從分子反應(yīng)設(shè)計(jì)和催化劑設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，將價廉易得的簡單化學(xué)品高選擇性地一步合成高價值、工業(yè)制備過程復(fù)雜的化學(xué)品。具體工作和結(jié)論如下:
　　(1)在熱催化反應(yīng)過程中，頻哪醇是以丙酮為原料通過經(jīng)典的McMurry反應(yīng)生成。最近我們課題組發(fā)現(xiàn)異丙醇在水溶液中可光催化脫氫形成頻哪醇同時伴隨著氫氣的產(chǎn)生。在本論文中，我們通過使用低價鈦試劑(TiCl3)代替貴金屬催化劑，光驅(qū)動異

3、丙醇和丙酮同時脫氫-加氫偶聯(lián)轉(zhuǎn)化為頻哪醇，實(shí)現(xiàn)了光驅(qū)動的不需要使用任何還原劑的McMurry反應(yīng)。該分子設(shè)計(jì)不僅同時利用了電子和空穴使光催化效率加倍，而且還為McMurry反應(yīng)開辟了新的綠色通道。
　　(2)制備了二維結(jié)構(gòu)的TiO2納米片，利用TiO2與TiCl3助催化劑之間的協(xié)同作用構(gòu)筑了高效的光驅(qū)動的McMurry反應(yīng)。反應(yīng)物（V異丙醇∶V丙酮=1∶1）轉(zhuǎn)化為頻哪醇的選擇性可達(dá)到98％，總轉(zhuǎn)化率（丙酮和異丙醇）為29％，為工業(yè)

4、化生產(chǎn)頻哪醇提供了可能性。
　　(3)太陽光主要是由可見光和紅外光組成，紫外光僅占5％左右，而我們常使用的TiO2光催化劑只在紫外光下響應(yīng)。本論文中通過簡單的一步煅燒法合成了一系列C3N4/TiO2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料，這種異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料在光催化應(yīng)用中能使電荷高效分離，顯著提高光催化活性;具有全光下響應(yīng)效應(yīng)，大大地提高了太陽光的利用率。
　　(4)脂肪醇合成縮醛的反應(yīng)是重要的工業(yè)過程，目前工業(yè)制備縮醛的方法需要使用腐蝕性酸催化劑以

5、及高毒性的溶劑，操作過程復(fù)雜且選擇性低。本論文中利用C3N4/TiO2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料，在空穴與脂肪醇反應(yīng)生成縮醛的同時電子將氫離子還原為清潔的能源氫氣，實(shí)現(xiàn)了電子和空穴的同時高效利用。且C3N4/TiO2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于各種一級脂肪醇縮醛化反應(yīng)中，其生成縮醛的選擇性高達(dá)99％，此外，它還可催化二級脂肪醇轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酮。全光下C3N4/TiO2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料催化脂肪醇一步直接生成相應(yīng)縮醛的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了綠色、高效、操作簡單、無污染的