[发明专利]负载金属的TiO2

说明书

本发明提供一种负载金属的TiO₂基光催化剂、制备方法和应用，TiO₂基光催化剂包括金属助剂和TiO₂载体，金属助剂占TiO₂基光催化剂的质量百分比为0.1～1wt％。制备方法包括：S1、配制金属盐溶液；S2、按配比将金属盐溶液与TiO₂载体进行浸渍，得悬浮液；S3、采用湿浸渍法或光沉积法制备金属前驱体粉末；S4、焙烧活化或还原活化，得到活化光催化剂；S5、钝化，得到负载金属的TiO₂基光催化剂。本发明中所制备的光催化剂应用于乙腈与烯烃偶联制备高碳腈的光催化反应中，该光催化剂具有优异的制备高碳腈的性能，反应条件温和、原子利用率高、目标产物选择性和反马氏区域选择性高。

技术领域

本发明属于光催化剂领域，特别是涉及负载金属的TiO₂基光催化剂、制备方法和应用。

背景技术

腈类化合物广泛存在于制药、农药、香料和天然产品领域。腈也是羧酸、酰胺、醛和胺等多种有机化学品的通用中间体，是一种重要的化工原料。目前合成腈的工艺主要分为三类：加成反应、取代反应和消除反应，加成反应主要是通过HCN与烯烃/炔烃加成，得到相应的烷基腈或烯基腈产物。目前DuPont公司仍然沿用此种方法，采用Ni基均相催化剂合成烯丙基腈、己二腈及其聚合物尼龙-66等化工产品。取代反应是合成有机腈中应用最广泛的方法，可分为Rosenmund-von Braun反应和Sandmeyer反应，Rosenmund-von Braun反应采用卤代烃与金属氰化物(CuCN，KCN等)在极性溶剂中反应所得，温度在100～250℃之间；而Sandmeyer反应则是采用重氮盐与金属氰化物反应，温度在60～100℃之间。两种方法都需要当量的金属氰化物，并产生相应的金属废弃物。此外，反应条件相对严苛且反应中需要控制CN-的浓度以避免催化剂失活。消除反应则是采用羧酸或醛类为底物，经过多步转化得到腈，羧酸通过酯或酰氯转化为酰胺，再加入脱水剂(如磷酐、磷酰氯、亚硫酰氯等)脱水得到腈；醛则是通过与羟胺作用产生肟，经过脱水得到腈；消除反应的步骤相当复杂。

相较于取代和消除反应，加成反应具有原子利用率更高，不需要事先活化C-H键和反应流程简单的优势而受到关注。但该技术亟待解决的问题是：CN基团来源毒性大，实际操作要求高；催化剂价格比较昂贵，回收利用难；反应需要加入多种溶剂来调控产物的选择性，副产物无法避免。目前，有机腈，尤其是低碳数的乙腈、丙腈，作为氰基来源与烯烃偶联是新的解决方法，它不仅能够避免剧毒易爆的HCN的使用，还能作为溶剂，促进反应平衡向右移动。关于使用非金属的均相催化剂来代替高成本的金属催化剂的报道已经有了一定的发展，但是仍然存在难分离的问题。且加成反应的选择性仍然无法控制，不能高选择性地得到单一的马氏或反马氏加成产物，也不能有效避免副产物的生成。因此，寻求一种价格低廉、易分离的催化剂用于在温和条件下，高选择性的偶联乙腈与烯烃合成高碳腈十分重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种负载金属的TiO₂基光催化剂、制备方法和应用，用于解决现有技术中催化剂价格昂贵、回收利用难、催化剂的选择性无法控制，无法避免副产物生成的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种负载金属的TiO₂基光催化剂，所述TiO₂基光催化剂包括金属助剂和TiO₂载体，其中，所述金属助剂占所述TiO₂基光催化剂的质量百分比为0.1～1wt％。

优选地，所述金属助剂为Ni、Mn中的一种或组合。

一种根据上述的负载金属的TiO₂基光催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将金属助剂对应的金属盐配制成一定质量浓度的金属盐溶液；