[发明专利]负载Ag纳米颗粒的光电极在光电化学合成芳香羧酸中的应用

说明书

本发明公开一种负载Ag纳米颗粒的光电极在光电化学合成芳香羧酸中的应用。所述芳香羧酸如式Ⅰ结构其中，Rsubgt;1/subgt;选自H或C1‑C4的烷基，Rsubgt;2/subgt;选自H或甲基，该光电极展现出较高的催化性能，并且在绿色环保方面优势明显，符合绿色化学的要求。本发明通过金属辅助化学刻蚀法成功制备出负载Ag纳米颗粒的光电极，其中，Ag纳米颗粒是性能优异的催化剂，可以有效降低反应的过电势，该光电极在化学刻蚀的作用下使硅片表面生成了大量的纳米孔洞结构，该孔洞结构不仅能够起到消反作用，减少反光，提高光电极的光吸收能力，同时还将Ag纳米颗粒牢固镶嵌在纳米孔洞的底部，解决了催化剂易脱落导致的性能下降的问题，提高光电极的稳定性和催化能力。

技术领域

本发明涉及光电极材料领域。更具体地，涉及一种负载Ag纳米颗粒的光电极在光电化学合成芳香羧酸中的应用。

背景技术

芳香羧酸(例如式Ⅰ结构)是一类重要的化工中间体，是药物、化妆品、农药、染料以及其它精细化学品等生产中重要的分子砌块。目前主要采用热化学法制备芳香羧酸，包括格氏反应法、氰化法、酮甲基化法等。格氏反应法是以芳基卤化物为原料经过格氏反应生成芳香羧酸，该反应需要用到格氏试剂，反应条件严苛，需要在乙醚溶液中完成，乙醚易燃易爆易挥发，合成过程中安全隐患很大；氰化法是以苯乙腈为中间体，经过甲基化、水解获得芳香羧酸，该反应过程中氯甲基化和氰化中所用到的试剂都有很大毒性，对反应仪器和后处理的要求很高，并且反应过程中需要使用相转移催化剂；酮甲基化法则是将苯乙酮与氯仿在相转移催化剂下反应，再经过氢解得到芳香羧酸，该反应中需要相转移催化剂，氢解反应需要高温高压及氢气，实验存在一定危险性。综上，传统热化学过程操作较复杂，对设备要求较高，能源消耗大，污染严重，已不符合国家倡导的绿色环保的要求，亟待发明一种新型制备路线。

近几年国家大力提倡发展绿色高能新型可持续能源，应运而生的光电化学有机合成以清洁的光能、电能代替高污染的传统热化学，引起了越来越多的关注。与传统的有机合成方法相比，光电化学有机合成具体诸多优势：(1)以光/电子作为清洁的反应试剂，无需使用有毒或危险的氧化剂或还原剂；(2)可以便捷地改变电极电位以控制反应选择性、反应速率，可随时中止反应；(3)反应可以在常温常压下进行，节省能源和设备，操作简单，使用安全；(4)解除了化学试剂氧化还原电位的限制，能够合成传统有机合成方法难以制备的产品；(5)通过特殊反应途径，减少反应步骤。光电化学有机合成的反应速率、转化率和选择性在很大程度上决定于光电极。目前，光电化学领域中常用的光电极材料包括硅、二氧化钛、钒酸铋、氧化锌、钙钛矿等。其中，硅在自然界中储量丰富，其含量仅次于氧，在地壳中的丰度为26.4％，远高于Ti、Bi、Zn等常用的光催化材料元素。硅的禁带宽度为1.12eV，可以吸收波长在1100nm以下的光。半导体硅的导带电势较高，光生电子的还原能力强，载流子的迁移率高，在光电化学有机合成方面具有潜在的用途。与传统的热化学相比，光电化学操作简便，环境友好性高，在芳香羧酸的制备工艺上具有潜在的应用可能。然而，以光电极材料参与光电化学有机合成存在如下问题：(1)抛光硅片反射光能力强导致太阳光利用率低；(2)在光电化学有机合成中，硅的催化活性较差，反应过电势较大；(3)采用光电极上负载催化剂来提高催化效果，但催化剂容易从光电极上脱落，催化效果提升有限。

因此，研发一种催化效果好，性能稳定的光电极应用于光电化学有机合成芳香羧酸具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载Ag纳米颗粒的光电极在光电化学有机合成芳香羧酸中的应用。该应用中能量来源于光能和电能，原料之一的CO₂是地球上来源丰富、绿色清洁的C1源，符合绿色化学的要求。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供一种负载Ag纳米颗粒的光电极在光电化学有机合成芳香羧酸中的应用，所述芳香羧酸如式Ⅰ结构

其中，其中，R₁选自H或C1-C4的烷基，R₂选自H或甲基；