本發(fā)明屬于光催化材料領域，具體涉及到一種單分子層鉬酸鉍納米片及其在光催化氧化芐醇到醛的應用。

背景技術：

在工業(yè)生產中，選擇性氧化苯甲醇是一個基本的有機轉化反應，對應生成的產物——羰基復合物，醛或者酮在藥物的合成和精細化工中都起到重要的作用。隨著社會現(xiàn)代化發(fā)展的需要，苯甲醛的用途不斷擴大，苯甲醛是最簡單的和工業(yè)上最常使用的芳香醛，用于制月桂醛、月桂酸、苯乙醛和苯甲酸芐酯等，也用作香料。目前常用于生產苯甲醛的方法有甲苯氯化再水解法，甲苯直接氧化法以及苯甲醇氧化法。然而這些制備苯甲醛的方法存在著能耗高，成本高，副產物多，步驟繁雜，反應速率慢，毒性大，效率低等問題。因此為了解決這些缺點以滿足社會發(fā)展進步的需要和經濟環(huán)境的要求，開發(fā)清潔、環(huán)保、高效的苯甲醛生產方法具有非常重大的意義。如何實現(xiàn)這一要求引起各國科研工作者們的廣泛關注。到目前為止，很多半導體催化劑特別是具有可見光響應半導體催化劑以及具有不同的結構形態(tài)催化劑被開發(fā)利用，它們?yōu)榇龠M苯甲醇的氧化制備苯甲醛提供了新思路和方法。然而這些體相的催化劑大多具有光生載流子分離效率低下的缺點，不利于光生電子和空穴的分離。進一步說，光生電子和空穴的有效分離才能更好的轉化苯甲醇到苯甲醛。此外，層狀催化劑的空間維度對催化活性起至關重要的作用。如果能將這些催化劑的維度從多層降低到單層并且催化劑的用量也極大地降低，這將極大的有利于不可再生能源的節(jié)約和環(huán)境污染的降低。

而近幾十年來人們對于清潔能源的探索從未停止，全球能源危機和消耗急切的要求化學制造業(yè)朝著最小的能源消耗和催化劑用量方向發(fā)展，可見光捕獲的反應或許能夠替代傳統(tǒng)的以熱為基的化學過程，這為當今化學工業(yè)中大幅度的減少能源消耗提供了極大的可能性。光催化劑的研究是最重要的研究熱點之一，到目前為止已經有很多光催化劑被開發(fā)出來，其中二維材料由于其本身的獨特結構成為近年研究的熱點之一。

無機二維（2d）片狀納米材料是一類分子或原子厚度并具有各向異性的片狀結構，是一種納米級的特殊材料。同時在重要的功能材料扮演著重要的角色，其特殊的結構使之在催化，吸附，活化等方面有著重要的應用。近年來，具有單分子層形貌的納米片得到極大的關注，與其體相材料相比，單層的納米片具有更大的比表面積，超快的電荷分離效率以及更多的反應活性位。進一步說，如果把層狀納米片的維度降低到單層，那么單層納米片的優(yōu)點強力的支持其在多相催化反應中表現(xiàn)出優(yōu)越的性能和誘人的前景。光催化是多相催化的一種，作為一種可利用清潔可再生的太陽能來實現(xiàn)化學反應的具有巨大潛力的技術，它具有綠色環(huán)保，無二次污染的特點，因此受到了國內外科學家的高度關注。如果能結合具有單分子層形貌納米片的優(yōu)點，將其應用到苯甲醇氧化成苯甲醛反應中，這將為清潔能源的開發(fā)以及降低苯甲醛生產成本帶來新希望。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供單分子層鉬酸鉍納米片及其在光催化氧化芐醇到醛的應用。本發(fā)明制得的單層的bi2moo6納米材料可作為催化劑用于光催化反應，該催化劑高效，無毒，制備方法簡單，選擇性高，操作簡單，成本低廉，具有廣闊的應用前景，并且可以擴展到其它層狀材料到單分子層材料的制備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種單分子層鉬酸鉍納米片的制備方法，以bi(no3)3·5h2o和na2moo4·2h2o為主要原料，以ctab為模板調節(jié)劑，以去離子水為溶劑，攪拌均勻后得混合溶液，經一步水熱合成得到單分子層鉬酸鉍納米片；其中，ctab在混合溶液中的濃度為0.01mol·l^-1；水熱合成的溫度為180℃，時間為16h。bi(no3)3·5h2o和na2moo4·2h2o的摩爾比為2:1。

更具體的，將bi(no3)3·5h2o和na2moo4·2h2o以及ctab（十六烷基三甲基溴化銨）溶解在80ml去離子水，攪拌40min，然后轉移到100ml聚四氟乙烯內襯，用鋼套擰緊，180℃下水熱合成16h，待其自然冷卻到室溫后，所得產品收集離心，經過去離子水和乙醇洗滌，在60℃烘箱中干燥即可得到。

一種如上所述的制備方法制得的單分子層鉬酸鉍納米片，厚度為0.82-1nm。

如上制備的單分子層鉬酸鉍納米片可作為光催化劑，在可見光的條件下光催化選擇性氧化芐醇或芐醇的衍生物到相應的醛。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明制得的單分子層bi2moo6納米片可作為催化劑用于光催化反應，該催化劑高效，無毒，制備方法簡單，選擇性高，操作簡單，成本低廉，具有廣闊的應用前景；

（2）本發(fā)明的單分子層納米片用于可見光下選擇性氧化苯甲醇制得苯甲醛。較于傳統(tǒng)的體相光催化劑用于此反應，具有較好的活性以及好的穩(wěn)定性以及催化劑的用量少，節(jié)約能耗，降低環(huán)境污染，節(jié)約成本；

（3）本發(fā)明的單分子層納米片作為催化劑時，實驗操作方法簡單，易于操作，有利于大規(guī)模的推廣使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的催化劑單分子層bi2moo6和體相bi2moo6的x射線衍射（xrd）圖；

圖2是本發(fā)明的催化劑單分子層bi2moo6的原子力顯微鏡（afm）圖和對應的高度剖面圖；

圖3是本發(fā)明的單分子層bi2moo6和體相bi2moo6為催化劑在光誘導下催化苯甲醇生成苯甲醛的轉化率和選擇性圖；

圖4是本發(fā)明的單分子層bi2moo6和體相bi2moo6的紫外-可見漫反射圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本發(fā)明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實施例1

單分子層bi2moo6納米片的制備：

將0.242gna2moo4·2h2o放入磁力攪拌的聚四氟乙烯的內襯中，加入80ml去離子水，攪拌至na2moo4·2h2o溶解，然后加入0.3gctab，繼續(xù)攪拌40min至ctab完全溶解。然后稱取0.970gbi(no3)3·5h2o，加入上述混合液中繼續(xù)攪拌；等其混合均勻后，取出磁子，放入100ml的鋼套中，在180℃下保持16h水熱完成后，等其自然降至室溫后，收集產品，離心并且用去離子水和乙醇清洗多遍，然后再60℃烘箱中保持10h烘干產品，然后研磨成粉末狀，即可得到單分子層的bi2moo6納米片。

同樣的合成體相bi2moo6，取0.242gna2moo4·2h2o和0.970gbi(no3)3·5h2o放入盛有80ml去離子水中攪拌至其溶解，然后將混合液放入鋼套中，在180℃下保持16h水熱完成后，等其自然降至室溫后，收集產品。離心并且用去離子水和乙醇清洗多遍，然后在60℃烘箱中保持10h烘干產品，然后研磨成粉末狀，即可得到體相的bi2moo6樣品。

圖1展示了本發(fā)明的單分子層的bi2moo6納米片催化劑和體相的bi2moo6的x射線衍射（xrd）圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)制備的單分子層的bi2moo6納米片為純相，并且他們的晶相保持一致；圖2展示了本發(fā)明的催化劑單分子層的bi2moo6納米片原子力顯微鏡（afm）圖和對應的高度剖面圖，從圖中可以看出通過此水熱方法制備出平均厚度只有0.82nm的高質量的單分子層bi2moo6納米片。

應用實施例1

單分子層bi2moo6納米片在光催化選擇性氧化苯甲醇轉化成苯甲醛。

將制備的單分子層bi2moo6納米片用作催化劑在可見光光誘導下實現(xiàn)光催化氧化苯甲醇到苯甲醛。稱取16mg單分子層bi2moo6納米片放到反應器中，用移液槍量取1.5ml通了0.5h氧氣的三氟甲苯溶液以及10.4μl苯甲醇加入反應器中，超聲5min使其混合均勻，在氧氣的氣氛下，然后開啟光源進行光催化反應，產物使用氣相色譜檢測；實驗使用的光源為300w氙燈；苯甲醇的轉化率及和選擇性的生成情況如圖3所示，從圖中可以看出在有催化劑時，苯甲醇在光照4h后轉化率達到26.5%，生成苯甲醛的選擇性達到99%以上。而在沒有加催化劑或不光照或以體相的bi2moo6為催化劑的條件下，苯甲醇生成苯甲醛的轉化率非常小，且沒有苯甲醛的產生；因此，在可見光條件下，單分子層bi2moo6納米片能高效地催化苯甲醇轉化成苯甲醛。

應用實施例2

單分子層bi2moo6納米片光催化選擇性氧化苯甲醇衍生物到相應的醛。

稱取16mg單層納米片放到反應器中，用移液槍分別量取1.5ml通了0.5h氧氣的三氟甲苯溶液以及含有甲氧基，甲基，氟，氯和硝基不同取代基的苯甲醇加入不同的反應器中，超聲5min使其混合均勻，在氧氣的氣氛下，然后開啟光源進行光催化反應，產物使用氣相色譜檢測；實驗使用的光源為300w氙燈；不同取代基的苯甲醇轉化率和選擇性表1所示。

表1單分子層bi2moo6和體相bi2moo6在光催化選擇性氧化苯甲醇及其衍生物到相應的醛的轉化率和選擇性。

[a]反應溫度；[b]λ≥400nm；[c]體相bi2moo6；[d]單分子層bi2moo6納米片。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。