【摘 要】
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环己烷选择性氧化制备环己醇和环己酮(KA油)是化学研究和化学工业中最重要的反应之一。通常,工业中使用热催化氧化环己烷制备KA油的路线存在诸多问题,如反应温度较高、转化率低、选择性高、工艺复杂等;并且在该体系中产物选择性的提升需要牺牲相应的转化率,这极大地限制了KA油的工业生产效率和经济效益。这促使人们对工业生产KA油技术的研究和反应体系的革新。其中,光催化技术由于可以通过调控催化剂能级和电子结构以
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环己烷选择性氧化制备环己醇和环己酮(KA油)是化学研究和化学工业中最重要的反应之一。通常,工业中使用热催化氧化环己烷制备KA油的路线存在诸多问题,如反应温度较高、转化率低、选择性高、工艺复杂等;并且在该体系中产物选择性的提升需要牺牲相应的转化率,这极大地限制了KA油的工业生产效率和经济效益。这促使人们对工业生产KA油技术的研究和反应体系的革新。其中,光催化技术由于可以通过调控催化剂能级和电子结构以达到控制KA油的选择性的目的而被研究者关注。然而,光催化氧化环己烷的活性和效率低下。因此,能够将两者相结合的光热协同催化体系更加受到研究者的青睐。该体系兼顾二者优点,并且较之单独光催化和热催化体系更加高效环保。因此,开发具有高活性、高选择性和高稳定性的光热催化剂对于环己烷氧化研究尤为重要。基于此,本文主要进行了以下研究:(1)通过水热法制备具有富氧空位的WO3-x纳米材料,并以其为载体,与FeOx-CeOx双金属氧化物复合成功制备了系列FeCeOx/WO3-x复合催化剂,考察了 Fe和Ce负载量和比例等因素在光热协同催化中对环己烷氧化反应的性能影响,金属氧化物为10 wt%时的Fe5Ce1Ox/WO3-x复合催化剂具有最高的催化活性,最优条件下可以得到8.34%的环己烷转化率和超过84%的KA油选择性。Fe5Ce1Ox和富含氧空位的WO3-x构成的界面显著地提升了电子的转移速率,提高了电荷的分离效率,有利于光热催化的进行。(2)通过煅烧得到黄色的WO3纳米颗粒,并使用简单地浸渍法制备了系列具有Z型p-n异质结的CoLaOx/WO3金属氧化物复合催化剂,考察了所制备催化剂在光热催化体系中的环己烷氧化性能。在120℃和1.5 MPa O2的无溶剂条件下,最优催化剂Co8La1Ox/WO3可达到10.35%的高转化率以及80.97%的KA油选择性,并且产物中存在17.78%的己二酸(AA)生成。在光热氧化反应后,液体的KA油和固体的AA产物很容易分离。此外,该催化剂也表现出了有良好的循环稳定性。在光热协同催化过程中,由于Z型异质结的构建使得光生电子和光生空穴有效分离,而La的存在有利于电子的传输,有效的改善了WO3的光催化性能,从而获得了最佳的催化活性。
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