[发明专利]一种Pd/CeO2可见光光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备以及环境和能源的可持续发展领域，具体涉及具有特殊形貌和结构组成的Pd/CeO₂光催化剂的制备和光催化选择性氧化一元芳香醛到相应醛和取代硝基苯到相应胺。

背景技术

随着催化和材料科学的迅猛发展，催化剂的开发与制备已不再停留在多组分的简单复合上，而是要求对催化剂的结构进行预先的设计，从而更好地调控其催化活性和选择性。有规则结构的纳米复合材料，克服了普遍单组分纳米颗粒物质组成单一的不足，能够将不同物质所拥有的多种功能有机地结合在一起，显示出普通单组分纳米颗粒无法比拟的优越性能，因而在很多领域得到了应用，例如光电化学，量子点，药物传输，化学传感器和催化等方面。

在催化反应中，光催化技术作为一项绿色技术，一方面着力于水、空气和土壤等环境污染治理的基础和应用研究；另一方面，也开展了光解水制氢和染料敏化太阳能电池方面的研究。随着该技术的不断发展，将光催化用于水相中选择性氧化还原的研究备受关注。因为胺类、醛类，酮类、以及酸类等一系列重要的化工产品的中间体，可广泛应用于医药、染料、香料、农药和材料等工业领域。对于有规则结构的贵金属/半导体复合材料光催化剂，如丝状和空心核壳结构能很好的利用光能，贵金属的引入可以有效提高光催化反应的效率，因为贵金属具有较低的费米能级，能够快速捕获光生电子，从而有利于电荷的界面转移，延长光生载流子的寿命。

若将具有特殊形貌和结构组成的贵金属/半导体复合材料用于绿色水相介质中选择性有机合成方面，在材料合成和光催化领域中都具有深远的意义和广阔的前景。我们研究小组一直致力于以可见光为驱动能、水为溶剂、氧气为氧化剂，选择性氧化一元芳香醇和选择性还原取代硝基苯的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供具有特殊形貌和结构组成Pd/CeO₂可见光光催化剂及其制备方法和应用，该光催化剂光催化活性和选择性高、制作成本低、生产工艺简单、可宏观制备、环境友好、具有特殊形貌和结构组成，用于水相中可见光下光催化选择性氧化一元芳香醇和选择性还原取代硝基苯，具有良好的循环稳定性，且易回收。

所述的一元芳香醇及相应醛具有以下结构：

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所述的取代硝基苯及相应胺具有如下结构：

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为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

Pd/CeO₂可见光光催化剂具有丝状结构或空心核壳结构。

所述的丝状结构的Pd/CeO₂光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将氯钯酸（H₂PdCl₄）、水、乙醇和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合搅拌均匀，90℃回流3 h，得到Pd-PVP胶体粒子溶液；

（2）将二氧化铈纳米粒子（CeO₂-NPs）和Pd-PVP胶体粒子溶液混合搅拌12-36 h，将溶液在真空中慢慢旋转蒸发得到固体；

（3）步骤（2）所得的固体在400℃煅烧2 h，得到丝状结构的Pd/CeO₂光催化剂。

所述的空心核壳结构的Pd/CeO₂光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）以葡萄糖为前驱物，180℃水热反应6 h，制得直径为300 nm的碳球；

（2）将氯钯酸（H₂PdCl₄）、水、乙醇和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合搅拌均匀，90℃回流3 h，得到Pd-PVP胶体粒子溶液；

（3）将碳球和Pd-PVP胶体溶液混合，再加入三氯化铈，180℃水热反应6 h，离心洗涤得到碳球-Pd-Ce(OH)₃固体；

（4）在空气气氛下，将碳球-Pd-Ce(OH)₃固体于500℃煅烧2 h，得到空心核壳结构的Pd/CeO₂光催化剂。

所述的丝状结构Pd/CeO₂光催化剂用于水相中可见光下光催化选择性氧化一元芳香醇到相应醛和选择性还原取代硝基苯到相应的胺；所述的空心核壳结构的Pd/CeO₂光催化剂用于水相中可见光下光催化选择性还原取代硝基苯到相应的胺。

光催化选择性氧化具体步骤如下：

（1）将一定量的超纯水(进液相色谱)通氧气(40 mL/min) 1 h；