TiO2納米片光催化醇氧化及其反應機理.pdf

1、21世紀，石油、天然氣和煤等資源面臨枯竭，而且，生產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合成引起了化學化工領域的高度關注。光催化有機合成是利用可再生原材料或能源，在無毒、無害的條件下實現高效清潔的化學反應過程，從源頭上減少和消除工業(yè)生產對環(huán)境的污染，使反應物的原子全部轉化為期望的最終產物。但是，由于光催化有機合成反應效率低，目前還無法實現工業(yè)化的生產和應用。

2、
　　針對以上背景，本論文以提高光催化有機合成效率為宗旨，從分子反應設計和催化劑設計的角度出發(fā)，將價廉易得的簡單化學品高選擇性地一步合成高價值、工業(yè)制備過程復雜的化學品。具體工作和結論如下:
　　(1)在熱催化反應過程中，頻哪醇是以丙酮為原料通過經典的McMurry反應生成。最近我們課題組發(fā)現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，光驅動異

3、丙醇和丙酮同時脫氫-加氫偶聯轉化為頻哪醇，實現了光驅動的不需要使用任何還原劑的McMurry反應。該分子設計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反應開辟了新的綠色通道。
　　(2)制備了二維結構的TiO2納米片，利用TiO2與TiCl3助催化劑之間的協同作用構筑了高效的光驅動的McMurry反應。反應物（V異丙醇∶V丙酮=1∶1）轉化為頻哪醇的選擇性可達到98％，總轉化率（丙酮和異丙醇）為29％，為工業(yè)

4、化生產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。本論文中通過簡單的一步煅燒法合成了一系列C3N4/TiO2異質結復合材料，這種異質結復合材料在光催化應用中能使電荷高效分離，顯著提高光催化活性;具有全光下響應效應，大大地提高了太陽光的利用率。
　　(4)脂肪醇合成縮醛的反應是重要的工業(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，操作過程復雜且選擇性低。本論文中利用C3N4/TiO2異質結復合材料，在空穴與脂肪醇反應生成縮醛的同時電子將氫離子還原為清潔的能源氫氣，實現了電子和空穴的同時高效利用。且C3N4/TiO2異質結復合材料可廣泛應用于各種一級脂肪醇縮醛化反應中，其生成縮醛的選擇性高達99％，此外，它還可催化二級脂肪醇轉化為相應的酮。全光下C3N4/TiO2異質結復合材料催化脂肪醇一步直接生成相應縮醛的反應實現了綠色、高效、操作簡單、無污染的