本技术涉及一种新型光催化剂,即铜单原子锚定在富含氧缺陷的二氧化钛(TiO2)上,用于光调控5-羟甲基糠醛的高效选择性氧化。该催化剂的制备方法简便,应用范围广泛,可显著提高光催化效率。
背景技术
传统化石能源的大量消耗以及开采难度逐渐加大,使得能源供应紧张。基于此,开发利用可再生能源,加速能源结构调整,降低对传统能源的依赖程度具有重要意义。生物质能以其分布广泛、种类丰富、成本低廉的优势,并且作为在自然界唯一以碳作为基础的可再生资源,被认为是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。将可再生的生物质资源转化成为日常所需要的燃料和高附加值的精细化学品等物质,是实现“碳达峰”、“碳中和”,应对能源短缺问题的有效途径。此外,太阳能是最为丰富、廉价且无污染的可再生能源。开发利用半导体材料实现对太阳能的高效利用,对于可持续生产和解决环境污染问题意义非凡。半导体光催化技术作为一类新兴的技术,能够有效地将光能转化为化学能,实现多种能源小分子、精细化学品的合成及污染物的分解,符合可持续发展战略。
5-羟甲基糠醛(HMF)可以从木质纤维素等生物质中获得,被美国能源部评选为12个最重要的生物质平台化合物。HMF选择性氧化为DFF、FDCA、5-羟甲基-2-呋喃羧酸(HMFCA)和5-甲酰-2-呋喃羧酸(FFCA)的研究一直以来都备受关注。其中,DFF和FDCA具有更重要的经济价值。传统的化学氧化技术通常会导致HMF的过度氧化和矿化,并伴有复杂的副反应。因此,开发一种环境友好的HMF氧化催化体系至关重要。光催化好氧氧化是一种温和、低能耗、可控和可持续的氧化方法,在生物质HMF的增值转化中具有很大的潜力。
实现思路