[发明专利]等离子体光催化材料及制备方法与在制备苯胺中的应用

说明书

本发明公开了等离子体光催化材料及制备方法与在制备苯胺中的应用，包括金纳米棒，金纳米棒两端被金属钯包覆。其制备方法包括制备种子溶液，制备生长溶液；将种子溶液和生长溶液混合，在26～28℃生长制得金纳米棒；向金纳米棒溶液中加入抗坏血酸、氯化钯和盐酸，在29～31℃生长制得等离子体光催化材料；其中，种子溶液的体积与生长溶液中十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:10～15，mL：g，种子溶液体积为生长溶液体积的0.15～0.20％。本发明提供的等离子体光催化材料同时具有优异的光吸收能力和催化活性，对硝基苯转化具有明显的优势，包括提高的选择性，提高的反应速率和温和的反应条件。

技术领域

本发明属于能源科学和催化科学领域，涉及等离子体光催化材料及制备方法与在制备苯胺中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

苯胺作为重要的化学品和化工中间体，被广泛用于合成染料，农用化学品和其他精细化学品等高附加值产品。但是，目前使用的化学还原法，利用化学计量的强还原剂亚硫酸氢钠、铁、Zn等，产物选择性差，且将导致严重的环境问题和能源浪费.传统的热催化法，需在高温和高压H₂条件下氢化硝基苯，也会带来安全问题和能源浪费。人工光合作用，因其绿色，环保的特点近些年来受到广泛关注。在氢供体，如甲醇、甲酸等存在下，一些半导体光催化剂包括TiO₂和CdS等被用于硝基芳烃的选择性加氢。然而，受光利用率低，载流子分离效率低等的限制，目前传统半导体材料催化转化效率依旧很低。

据发明人研究了解，等离子体纳米结构可同时利用热能和光能来驱动化学转化，从而可有望获得显著提高的光-化学转换效率。美国科学院和工程院院士Naomi J.Halas教授也曾提出“等离子体光催化非常有希望在相关工业过程中得以最终实施”。在等离子纳米结构中，金纳米棒(Au NRs),由于其形状依赖的局部表面等离子体共振(LSPR)效应，已被成功用于光化学转化。具体作用机制如下：SPR的非辐射朗道阻尼(Landau)可以在纳米粒子表面产生高能热电子，该热电子可转移到被吸附物的特定轨道。另外，SPR激发产生的局域电场可将等离激元能量转移到特定分子轨道。然而，经过发明人研究发现，等离子体金属(Au)具有较差化学活性，对氢供体催化性能较差，光照下催化硝基苯加氢制备苯胺的转化率和选择性均较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供等离子体光催化材料及制备方法与在制备苯胺中的应用，本发明提供的等离子体光催化材料同时具有优异的光吸收能力和催化活性，对硝基苯转化具有明显的优势，包括提高的选择性，提高的反应速率和温和的反应条件。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种等离子体光催化材料，包括金纳米棒，所述金纳米棒两端被金属钯包覆。

本发明将等离子金属金纳米棒与非等离子体活泼金属钯直接偶联，可成天线-反应器异质纳米结构。经过试验证明与钯全覆盖金纳米棒相比，两端被金属钯包覆的金纳米棒具有反应条件温和、转化效率高、选择性好等优点，在可见光照射下，硝基化合物的转化率和苯胺的选择性均在5小时达到100％。

另一方面，一种等离子体光催化材料的制备方法，步骤如下：

将氯金酸加入十六烷基三甲基溴化铵溶液中，再加入硼氢化钠进行还原获得种子溶液；

在十六烷基三甲基溴化铵和溴代水杨酸的溶液中依次加入硝酸银、氯金酸和抗坏血酸得到生长溶液；

将种子溶液和生长溶液混合，在26～28℃生长制得金纳米棒；

向金纳米棒溶液中加入抗坏血酸、氯化钯和盐酸，在29～31℃生长制得等离子体光催化材料；