有机合成

三氧化钨图片

1983年,光催化芳香卤代烃羧基化合成反应的实现,开始了光催化在有机合成中的应用研究。而后,随着光催化技术在有机合成方面得到了人们越来越多的关注,光催化选择性合成有机物的应用研究也陆续开展。

光催化能在有机合成中引起大量的关注,得益于它的一些显著的潜能:

1. 光催化反应具有能够以太阳能作为反应光源的潜能,大大降低了能量消耗,又不对环境产生二次污染;

2. 光催化反应在温和条件下即可进行,而且,无需加入危险、有害的化学物品;

3. 激发光能量较高,可以激发分子,而且能够补偿反应中吉布斯自由能的增加量,因而,光催化能够激发常温热力学不能自发进行的反应,甚至可以打破热力学平衡;

4. 当进行贵金属(如Pt、Au等)负载后,在氧气和水存在的条件下显示出其强氧化性,有助于有机物的合成,如纳米Pt改性的三氧化钨光催化剂具有较高的反应活性;

5. 许多光催化作用能够提供简短的反应历程,将副反应的发生减小到最小程度,这是一些普通的催化反应所不具备的独特机理;

6. 经多次使用后,某些光催化剂的催化合成有机物活性依然很稳定。

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合成甲酸

甲酸(化学式HCOOH)和甲酸甲酯(HCOOCH3)是重要的化工原料,广泛应用于有机合成、制备染料、印染、医药等许多领域。目前工业上普遍使用甲酸钠法生产;同时,也可以使用CO和水生产。

研究表明,CO在水中可以被光催化还原成甲酸、甲醛、甲醇、甲烷等有机化合物。光催化还原具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点。近年来,将这一技术应用于热表面催化难以实现的CO还原反应体系的研究受到了人们的广泛关注。根据光敏剂和催化剂的不同,CO的光催化还原研究主要分为以下四类:

1. 二氧化钛为光敏剂(或称为助剂),其它金属和金属氧化物等作为催化剂;二氧化钛和三氧化钨两种半导体的复合,能够增加俘获质子或电子的能力,进而增强光催化性能;

2. 卟啉,Ru(bpy)32+,ReX(CO)(bpy)既作为光敏剂,又作为催化剂;

3. Ru(bpy)32+作为光敏剂,另一种金属复合物作为催化剂;

4. 有机物作为光敏剂,金属复合物作为催化剂。

WO3作为一种半导体光触媒,其禁带宽度为2.4eV~2.8eV,意味着它有更宽的光吸收波段,能响应可见光,被认为是替代二氧化钛光触媒的很好的光催化材料。WO3光催化特性的研究在不断进行,特别是超细粉体的WO3在催化领域具有广阔的前景。

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