[发明专利]一种采用稀土镧掺杂的纳米TiO2 电极及其电催化还原糠醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化技术领域，更具体地说，涉及一种采用稀土镧掺杂的纳米TiO₂电极及其电催化还原糠醛的方法。

背景技术

近年来随着环境保护意识的增强，绿色有机电合成已经受到世界各国研究者和工业界的广泛关注，美、法、英等国已有20万吨/年的有机电合成工业化生产。中国目前也开发了5千吨/年的丁二酸、乙醛酸、L-半胱氨酸等医药、化工原料的电合成工业化生产。但和发达国家相比，无论在基础研究还是在工业开发方面均处于起步阶段。

在有机分子中对有机官能团的氢化反应一直是合成中引起人们关注的问题。用电化学方法实现氢化反应，如将羰基类化合物电还原成烃类物质具有对环境友好，选择性高的优点。大部分的电化学反应是以汞为工作电极，近年来在铂、镍、钯以及铑阴极上的研究也有报道。TiO₂纳米膜电极是由纳米尺度的TiO₂粒子相互结合组成的三维网状结构，有着巨大的内表面积，也是电荷分离和传输的载体，TiO₂以其优良的化学性质、高效的性能、低成本、环境友好等优点，广泛应用于众多领域。TiO₂改性包括：金属/非金属掺杂、表面包覆与有机染料敏化等。其中稀土金属掺杂改性后因其特殊的未充满的4f电子层结构，决定了稀土有许多其它金属所不具备的特征。稀土Ce离子修饰纳米TiO₂电极电还原马来酸，与纯纳米TiO₂电极相比催化效率大大提高（Fengwu Wang,Xiaoyun Yan,Mai Xu,Shudong Li,Wenyan Fang.Electrochemical performance and electroreduction of maleic acid on Ce-doped nano-TiO₂film electrode[J].Electrochimica Acta,97(2013)253-258）。而在钛基上修饰稀土La离子的TiO₂电极的制备，将其用于电催化合成有机物，技术尚未公开。通过理论分析可知：稀土La离子容易水解，老化聚沉，或产生非胶体状的悬浮液，现有技术中的稀土La离子修饰TiO₂薄膜大多在玻璃片上制备主要用于光催化技术，其形貌不易控制，如何采用特殊配方的方法制备粒径可控的稀土La掺杂的纳米TiO₂电极，是现有技术中急需解决的技术问题。

糠醛电化学加氢合成糠醇是一种对环境友好的绿色化学方法，已有以镍为基体改性的石墨毛毡电极还原糠醛生成糠醇以及副产物四氢化糠基醇的报道（Chamoulaud,G.；Floner,D.；Moinet,C.；Lamy,C.；Belgsir,E.M.Biomass conversion II：simultaneous electrosyntheses of furoic acid and furfuryl alcohol on modified graphite felt electrodes.Electrochim Acta,2001,46：2757），和在水溶液介质中使用Pt、Au、Ni、Cu、Pb电极上进行电化学研究的报道（Parpot,P.;Bettencourt,A.P.;Chamoulaud,G.;Kokoh,K.B;Belgsir,E.M.Electrochemical investigations of the oxidation–reduction of furfural in aqueous medium Application to electrosynthesis.Electrochimica Acta,2004,49：397–403），用光作催化剂还原糠醛的研究也有报道（Alzira,M.S.L.；Reinaldo,S.G.Effect of light on the electrocatalytic reduction of furfural on copper electrode in N,N-dimethylformamide.Catalysis Communications,2003,4：641），以上传统方法中电极均在较低的还原电位上进行，研究并发现更宽广的电位范围用于有机电合成，拓宽电极使用范围并提高电极催化效率，使之用于更广泛的有机物是目前研究热点。

发明内容

1.发明要解决的技术问题