[发明专利]一种项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂制备方法及应用

说明书

本发明属于纳米复合材料和光催化技术领域，特别涉及一种项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂制备方法及应用。所述催化剂由溴氧铋和钛酸钠纳米粒子自组装定向排列而成的纳米项链组成；所述溴氧铋和钛酸钠纳米粒子的(101)和(020)晶面紧密接触构筑了异质界面。利用溴氧泌和钛酸钠纳米粒子的定向排列和异质界面的相互协同，促进了光生电子和空穴的分离和传递，实现了光催化苯甲醇制备苯甲醛的反应的高效转换，苯甲醇的转化率为100％，苯甲醛的选择性可达100％。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和光催化技术领域，特别涉及一种项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂制备方法及应用。

背景技术

苯甲醛是一种重要的化工中间体，是最简单也是工业上最常用的芳香醛，广泛应用于各种医药、食品、生活用品等化工产品的合成。传统的苯甲醛制备方法主要采用甲苯氧化或氯化苄水解法。上述两种工艺不仅使用危险或腐蚀性的试剂，如铬酸盐、高锰酸盐、次氯酸盐和Br₂，而且在生产后还会释放出相当数量的有毒副产物。随着现代经济社会的持续发展，人们对于环境保护的意识也在不断增强。因此，迫切需要开发一条绿色、环保的苯甲醛合成路线。

光催化氧化苯甲醇合成苯甲醛是以其绿色、污染较少且副产物较少易于分离等特性，成为化学特别是催化研究的重要课题。BiOBr作为一种典型的层状Bi基半导体材料，由于其化学稳定性和独特的化学性质，被认为是一种优异的半导体光催化剂。然而，传统的BiOBr光催化剂的光生电子和空穴的分离效率较低，限制了光催化的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂及其制备方法，并将该催化剂用于光催化氧化苯甲醇制备苯甲醛反应。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂，由溴氧铋和钛酸钠纳米粒子自组装定向排列而成的纳米项链组成；所述溴氧铋（101）晶面和钛酸钠（020）晶面紧密接触构筑了异质界面。

进一步地，所述纳米项链为多条，多条纳米项链相互交织成网状结构。

进一步地，所述纳米粒子的尺寸为14-20 nm。

本发明所述的项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂的制备方法，以湿的钛酸钠纳米管为前驱体，采用一步水热法可控合成了由溴氧铋和钛酸钠纳米粒子自组装，定向排列而成的纳米项链。

本发明所述的一种项链状溴氧铋和钛酸钠异质结复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）向10 mol·L^-1氢氧化钠溶液中加入1g二氧化钛（P25），于120-150 ℃下恒温24 h，

冷却到室温，产物离心过滤洗涤至pH为7-9，离心得到湿的钛酸钠纳米管前驱体；

（2）将湿的钛酸钠纳米管前驱体加入到去离子水中，加入氨水调节溶液的pH为10-12，在搅拌下加入Bi(NO₃)₃·5H₂O和KBr，将反应釜密封于150-170 ℃下恒温20 h，冷却至室温后水洗、离心、干燥制得项链状溴氧铋和钛酸钠纳米管异质结复合催化剂。

进一步地，Bi(NO₃)₃·5H₂O和钛酸钠纳米管的质量比为1:1，其中钛酸钠纳米管的质量为湿的钛酸钠纳米管烘干后的质量。

进一步地，所述Bi(NO₃)₃·5H₂O和KBr的摩尔比0.5:10 - 1:10。

本发明提供了前述制备方法制备得到的催化剂。