ZnIn2S4基光催化剂的制备及其在选择性氧化苯甲醇中的应用

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苯甲醛作为多数有机合成的中间体,在工业中具有重要用途。传统合成苯甲醛工艺过程不仅能源消耗大,并且会产生对环境有害的物质。因此开发一种绿色、温和、高效的合成技术迫在眉睫。近年来发展起来的半导体光催化技术可直接利用太阳能催化氧化苯甲醇到苯甲醛,已经成为光催化领域研究的热点之一.作为可见光响应半导体,ZnIn2S4因其合适的能带位置、稳定性等优点在光催化反应中备受关注。然而传统方法制备的ZnIn2S4易团聚、催化活性位点少,这些因素使它的光催化活性低,制约了其在光催化领域中的进一步应用。针对这些问题,本文首先通过引入大比表面的载体实现ZnIn2S4的高分散,从而有效增加其催化活性位点。再进一步引入高电子迁移率的石墨烯从而提高ZnIn2S4光生载流子的分离效率实现高效的光催化活性。论文主要内容和成果如下:(1)以高比表面积和较大的孔隙率的MOFs(UiO-66)为载体,水热合成了复合光催化剂ZnIn2S4/UiO-66。以选择性氧化苯甲醇为探针反应,考察了可见光(λ>420 nm)下光催化剂的活性。实验结果表明UiO-66的引入抑制了ZnIn2S4纳米片的团聚,使ZnIn2S4高度分散,从而增加了ZnIn2S4的活性位点。同时复合物具有的大比表面积又有助于对反应底物苯甲醇的吸附,从而大大促进了光催化反应的进行。(2)以UiO-66为模板巧妙地制备了ZnIn2S4/ZrO2复合光催化剂。所制备的复合光催化剂较之于ZnIn2S4/UiO-66表现出更高的光催化选择性氧化苯甲醇的活性。这可以归结为:由于ZrO2通过UiO-66模板的原位转变使其仍然维持了较大的比表面积以及ZnIn2S4纳米片的高分散:所制备的ZrO2可能比UiO-66具有更多的Lewis酸和Bronsted酸位点可以更有效地吸附苯甲醇。此外,我们进一步引入高电子迁移率的石墨烯有效地构筑了RGO-ZnIn2S4/ZrO2三元复合结构,石墨烯作为电子接受体和输运体,促进了ZnIn2S4光生电子-空穴对的分离和迁移,大大提高了光催化剂的活性。
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