g-C3N4催化作用下苯乙烯的氧化反应特性研究文献综述

 2022-11-25 16:42:59

文献综述

1 前言

最近,聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C3N4) 由于优异的化学稳定性和独特的电子能带结构,被作为一种廉价稳定不含金属组分的可见光光催化剂,广泛应用于太阳能的光催化转化,如光解水产氢产氧,有机选择性光合成和有机污染物的降解等[1~3],且基于g-C3N4导带电子强还原能力和价带空穴弱氧化能力的特点,可以活化分子氧产生超氧自由基 (O2-),实现苯乙烯→环氧苯乙烷光催化选择性合成[4~5]

作为一个半导体材料,石墨型氮化碳材料具有很强的可见光利用能力,其应用多见于光解水产氢气。作为无金属的非均相催化剂,石墨型氮化碳材料是否可以在催化氧化中应用,利用可见光来推进有机底物的选择性氧化仍值得探索;如果可以实现该过程,将更好的利用可见光的能量推进氧化反应,并且不引入任何金属,实现环境友好的催化过程。

氧化反应是多相催化中应用最广泛的反应之一,在化学兴起的最初阶段,化学家就意识到转化利用起始原料最简单的手段就是对其进行氧化。随着工业化的迅速发展,传统的氧化技术使环境污染问题曰显突出,不仅影响了人类的健康与生存环境,也制约了社会与经济的稳步发展。科学和社会的发展对氧化过程提出了更高的要求,发展高效、绿色的氧化体系是科学工作者的一个重要挑战。新型碳氮材料在近几年的快速发展为功能化的催化剂和环境友好的氧化过程的设计提供了很好的机会。

2 苯乙烯氧化反应的研究现状

苯乙烯氧化反应是一类经典的有机反应,在催化剂的作用下,其活泼的碳碳双键易于打开或断裂与氧化剂发生反应。苯乙烯与氧化剂发生选择性氧化,双键部分断裂氧化生成环氧苯乙烷,部分氧化苯乙烯又会重排成苯乙醛,同时苯乙烯双键完全断裂生成苯甲醛,另外还可能有少量的苯乙酮、苯乙醇等副产物。

苯乙烯最常见的几类氧化物如环氧苯乙烷和苯甲醛都具有广泛的用途。环氧苯乙烷是一种重要的有机中间体,主要用于生产香料、制药和有机合成。如环氧苯乙烷加氢可得到beta;-苯乙醇,该路线具有产品收率高且易精制、环境污染小等优点,预期该法将取代环氧乙烷法生产beta;-苯乙醇。环氧苯乙烷也是合成左旋咪唑的主要中间体。工业上环氧苯乙烷合成方法为卤醇法和过氧酸直接氧化法[6]。前者环境污染严重,是一种急待改进的生产工艺;后者所用有机过氧酸价格比较昂贵,且难于从反应物中分离出来,生产技术条件要求高。近年来国内外对beta;-苯乙醇和医药左旋咪唑需求量急剧增长,给环氧苯乙烷的研究及发展带来了广阔的前景。

苯甲醛用于合成食品添加剂L-苯丙氨酸,它是人体不能自身合成的8种氨基酸之一,随着对L-苯丙氨酸用途的开发和用量的增加,苯甲醛的需求量也日益增加。目前国内苯甲醛生产厂家大多采用甲苯氯化水解法,所制备的苯甲醛含有微量氯,在香料、医药等行业中的应用受到限制[7]。因此开放高活性的催化剂,新的高效、清洁的合成工艺对于有效利用资源、提高经济效益具有重要意义。下面对近年来苯乙烯氧化合成环氧苯乙烷及联产苯甲醛所用催化剂的研究现状进行了总结。

2.1 分子筛催化剂

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