本發(fā)明涉及一種新型的可見光光催化材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在工業(yè)中，以醇作為氫供體對羰基的氫傳遞反應(yīng)是有機(jī)物合成中的重要工藝，常用作各種藥物，農(nóng)藥，油漆和高分子聚合物合成的基礎(chǔ)。為了促進(jìn)該反應(yīng)在精細(xì)化工和有機(jī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用，使產(chǎn)品的合成范圍更廣，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上獲得更強(qiáng)的可行性，諸如分子氫、各類均相催化劑和不同載體負(fù)載的催化劑都被投入試驗(yàn)中。其中，大部分羰基氫傳遞反應(yīng)的催化劑是基于金屬釕研發(fā)的，但由于苛刻的反應(yīng)條件，這些催化劑普遍面臨著損耗嚴(yán)重，回收率低下的問題。因此，對于低成本，無毒，可循環(huán)利用的氫傳遞反應(yīng)催化劑的研發(fā)成為當(dāng)前工業(yè)和學(xué)術(shù)研究中的熱點(diǎn)。

而現(xiàn)有高效氫傳遞反應(yīng)催化技術(shù)仍存在以下不足：

一、以醇作為氫供體對羰基的氫傳遞反應(yīng)需要在較高的溫度下進(jìn)行，增加了設(shè)備的要求，且對現(xiàn)有催化劑造成損耗；

二、以醇作為氫供體對羰基的氫傳遞反應(yīng)需要在強(qiáng)堿性環(huán)境下進(jìn)行，現(xiàn)有催化劑在強(qiáng)堿作用下易被腐蝕，同時(shí)大量堿的使用也增加了材料購買與廢水處理的成本；

三、以醇作為氫供體對羰基的氫傳遞反應(yīng)時(shí)間周期較長，反應(yīng)速度緩慢，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低下，現(xiàn)有催化劑催化效率有待提高；

四、同時(shí)，由于苛刻的反應(yīng)條件造成現(xiàn)有催化劑在反應(yīng)過程中損耗嚴(yán)重，導(dǎo)致催化劑的回收比較困難，回收利用率低下，可循環(huán)性有待提高。

半導(dǎo)體光催化技術(shù)利用清潔能源太陽光能對有機(jī)物進(jìn)行催化反應(yīng)，其經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性使之成為一種富有前景的技術(shù)。同時(shí)，半導(dǎo)體聚合氮化碳(帶隙)以其較高的可見光響應(yīng)度，穩(wěn)定性，無毒，制備過程簡單，制造原料廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，引起了研究人員的重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)，g-c3n4在常見的酸性或堿性條件下表現(xiàn)為惰性材料，不易有損耗，可循環(huán)利用性高，被廣泛用于各種光催化有機(jī)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中。純g-c3n4在可見光激發(fā)下產(chǎn)生的電子空穴易復(fù)合，因此，固定或摻雜部分金屬如pd，ag，pt等，能有效增強(qiáng)g-c3n4的光催化活性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種新型的可見光光催化材料及其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種新型的可見光光催化材料的制備方法，包括如下步驟：

s1：取一定量純度為90～99％的尿素于瓷坩堝中，將瓷坩堝置于馬弗爐中央位置，以5～10℃/min的升溫速率升溫到500～550℃，保持溫度加熱2～4h；加熱完成后取出，自然冷卻至室溫，收集淡黃色粉末g-c3n4；

s2：取適量步驟s1得到的g-c3n4與rucl3混合，在酒精溶液中加熱攪拌4～7h直到干燥，得到ru-g-c3n4。

進(jìn)一步地，所述步驟s2中酒精溶液的加熱溫度為40～60℃。

進(jìn)一步地，所述g-c3n4與rucl3混合后，ru質(zhì)量占比約為7～11％。

本發(fā)明還提出一種新型的可見光光催化材料，采用上述的新型可見光光催化材料的制備方法制得。

本發(fā)明還提出了可見光光催化材料在4-硝基苯甲醛與異丙醇的氫傳遞反應(yīng)中的應(yīng)用，其中可見光光催化材料即為上述的新型可見光光催化材料ru-g-c3n4。

進(jìn)一步地，所述可見光光催化材料的應(yīng)用包括如下步驟：

(1)室溫下，將20～50mg的ru-g-c3n4，3～6ml的異丙醇、1～2mmol的4-硝基苯甲醛混合于錐形燒瓶中；

(2)使用功率為7～10w的日用led燈作為可見光光源對錐形瓶內(nèi)的混合溶液進(jìn)行照射，所述光源的高度為8～10cm，同時(shí)進(jìn)行電磁攪拌6～8h，電磁攪拌的轉(zhuǎn)速為400～600rpm；

(3)每隔30min定期取出反應(yīng)混合物樣品，并通過氣相色譜分析其組成；

(4)每完成上述操作一次，回收光催化劑，并測量光催化劑的回收率；回收的光催化劑可循環(huán)使用，重復(fù)上述(1)到(3)的操作，進(jìn)行新的降解實(shí)驗(yàn)，每次降解實(shí)驗(yàn)都更換新的初始濃度相同的4-硝基苯甲醛與異丙醇溶液。

有益效果：本發(fā)明提供的一種新型的可見光光催化材料的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備方法簡單，易于操作，設(shè)備要求較低，成本較低。

本發(fā)明提供的一種可見光光催化材料在4-硝基苯甲醛與異丙醇的氫傳遞反應(yīng)中的應(yīng)用具備如下優(yōu)勢：

1.在該種新型光催化材料催化下的羰基氫傳遞反應(yīng)條件溫和，可在室溫下進(jìn)行，設(shè)備要求低，且無需堿與溶劑的使用，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本；

2.催化反應(yīng)時(shí)間周期較短，反應(yīng)速度較快，催化效率高；

3.催化劑損耗率小，可回收利用率高，五次循環(huán)后催化劑回收率仍可達(dá)85％。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的ru-g-c3n4的場發(fā)射掃描電子顯微鏡fesem圖；

圖2為實(shí)施例1制備的ru-g-c3n4的透射電子顯微鏡tem圖；

圖3為實(shí)施例1制備的ru-g-c3n4在5次循環(huán)利用過程中對羰基的氫傳遞反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率折線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

先制備可見光光催化材料ru-g-c3n4，具體步驟如下：

步驟s1：取6g純度為99％尿素加于瓷坩堝中，將瓷坩堝置于馬弗爐中央位置，530℃下加熱3.5h(升溫速率為7℃/min)后，自然冷卻至室溫，收集淡黃色粉末g-c3n4。

步驟s2：取0.5g步驟s1得到的g-c3n4與rucl3混合，使ru質(zhì)量占比約為9％，在50℃的酒精溶液中攪拌5h直到干燥，得到ru-g-c3n4。圖1為ru-g-c3n4的場發(fā)射掃描電子顯微鏡fesem圖，圖2為ru-g-c3n4的透射電子顯微鏡tem圖。

利用前述制備方法制得可見光光催化材料ru-g-c3n4，將其應(yīng)用于4-硝基苯甲醛與異丙醇的氫傳遞反應(yīng)中，具體步驟如下：

步驟(1)：室溫下，將40mg的前述制備方法所制備得到的ru-g-c3n4以及6ml的異丙醇、1.5mmol的4-硝基苯甲醛混合于錐形燒瓶中。

步驟(2)：在9w的日用led燈可見光照射下(光源高度為9cm)，對混合溶液加以500rpm轉(zhuǎn)速的電磁攪拌7h。

步驟(3)：每隔30min定期取出反應(yīng)混合物樣品，并通過氣相色譜分析其組成。

步驟(4)：完成上述操作后回收光催化劑，并測量光催化劑的回收率；回收后的催化劑可循環(huán)利用，重復(fù)(1)到(3)的操作，進(jìn)行新的降解實(shí)驗(yàn)，每次降解實(shí)驗(yàn)都更換新的同初始濃度的4-硝基苯甲醛與異丙醇溶液。圖3為ru-g-c3n4在5次循環(huán)利用過程中對羰基的氫傳遞反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率折線圖。

實(shí)施例2

制備可見光光催化材料ru-g-c3n4，具體步驟如下：

步驟s1：取6g純度為95％尿素加于瓷坩堝中，將瓷坩堝置于馬弗爐中央位置，500℃下加熱4h(升溫速率為5℃/min)后，自然冷卻至室溫，收集淡黃色粉末g-c3n4。

步驟s2：取0.5g步驟s1得到的g-c3n4與rucl3混合，使ru質(zhì)量占比約為11％，在40℃的酒精溶液中攪拌7h直到干燥，得到ru-g-c3n4。

利用前述制備方法制得可見光光催化材料ru-g-c3n4，將其應(yīng)用于4-硝基苯甲醛與異丙醇的氫傳遞反應(yīng)中，具體步驟如下：

步驟(1)：室溫下，將20mg的前述制備方法所制備得到的ru-g-c3n4以及4.5ml的異丙醇、1mmol的4-硝基苯甲醛混合于錐形燒瓶中。

步驟(2)：在7w的日用led燈可見光照射下(光源高度為10cm)，對混合溶液加以400rpm轉(zhuǎn)速的電磁攪拌8h。

步驟(3)：每隔30min定期取出反應(yīng)混合物樣品，并通過氣相色譜分析其組成。

步驟(4)：完成上述操作后回收光催化劑，并測量光催化劑的回收率，回收后的光催化劑可循環(huán)利用。

實(shí)施例3

制備可見光光催化材料ru-g-c3n4，具體步驟如下：

步驟s1：取6g純度為90％尿素加于瓷坩堝中，將瓷坩堝置于馬弗爐中央位置，550℃下加熱2h(升溫速率為10℃/min)后，自然冷卻至室溫，收集淡黃色粉末g-c3n4。

步驟s2：取0.5g步驟s1得到的g-c3n4與rucl3混合，使ru質(zhì)量占比約為7％，在60℃的酒精溶液中攪拌4h直到干燥，得到ru-g-c3n4。

利用前述制備方法制得可見光光催化材料ru-g-c3n4，將其應(yīng)用于4-硝基苯甲醛與異丙醇的氫傳遞反應(yīng)中，具體步驟如下：

步驟(1)：室溫下，將50mg的前述制備方法所制備得到的ru-g-c3n4以及6ml的異丙醇、2mmol的4-硝基苯甲醛混合于錐形燒瓶中。

步驟(2)：在10w的日用led燈可見光照射下(光源高度為8cm)，對混合溶液加以600rpm轉(zhuǎn)速的電磁攪拌6h。

步驟(3)：每隔30min定期取出反應(yīng)混合物樣品，并通過氣相色譜分析其組成。

步驟(4)：完成上述操作后回收光催化劑，并測量光催化劑的回收率，回收后的光催化劑可循環(huán)利用。

表1在摻雜了不同比重ru的g-c3n4材料催化下羰基氫傳遞反應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過12h反應(yīng)后，質(zhì)量占比為7％、9％、11％的ru-g-c3n4光催化材料催化效率分別為65％、92％、92％，由此可見光催化材料中ru9％的質(zhì)量占比是最為經(jīng)濟(jì)和高效的比重。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。