利用原位红外光谱确证Ru/SBA-15的加氢活性位点（英文）

Ru/SBA-15催化剂具有高的氢气活化能力,因此被广泛应用在加氢和氢解反应中.一般认为Ru/SBA~-15催化剂的高活性与金属Ru的高分散有关,然而有研究发现在氧化硅载体上还存在溢流的氢,这部分溢流氢也很可能参与加氢和氢解反应.这就产生了两个关键性的问题:(1)Ru/SBA~-15的催化加氢活性中心是什么,是金属Ru还是载体SBA-15;(2)在金属Ru上解离的H是如何迁移到载体上的.因此,加氢活性位点及其形成机理的确认对理解Ru/SBA~-15催化剂的高活性至关重要.原位红外光谱可从分子层面研究在工作状态的催化剂表面活性位点的状态,进而推测可能的反应机理.通过与催化剂Pd/SBA-15,Ru/Al_2O_3和SBA-15比较发现,在氢气氛围中Ru/SBA-15催化剂的原位红外谱图中存在一个独特的位于1996cm~(-1)的峰.由于在Pd/SBA-15,Ru/Al_2O_3和SBA-15上都不存在这个峰,因此该峰的形成是金属Ru和SBA-15相互作用的结果.此外,Si–O键在位于1866 cm~(-1)的合频峰不随氢气氛围变化而变化,因此可排除这个峰属于Si–O键振动的倍频峰.为了排除该峰的产生是由于CO的吸附,我们采用脉冲引入CO的方法,发现在低的CO覆盖率下,红外谱图中位于2068 cm~(-1)处出现了一个CO在Ruδ+上的线性吸附峰.随着CO覆盖率增加,该峰逐渐蓝移至2075 cm~(-1),同时位于2132 cm~(-1)处的峰强度增强了,这两个峰都归属于Run+(CO)x物种的振动峰.这些CO的化学吸附强度都很高,即使在He气中吹扫1 h后仍然存在,而1996 cm~(-1)峰的形成是可逆的.此外,低CO覆盖率下生成的吸附峰(2068 cm~(-1))的强度低于1996 cm~(-1)峰的强度,因此可以排除1996cm~(-1)峰属于CO吸附峰的可能.既然1996 cm~(-1)峰的形成是可逆的,将这个峰归属于载体上氢的可能性也可排除,因为形成载体上氢的过程是不可逆的.另外,形成1996 cm~(-1)峰的速率还证明了这个峰不属于金属Ru上吸附的氢,因为金属Ru上氢的吸附是很快的.通过以上分析,我们推断1996 cm~(-1)峰应该指认为在Ru和SBA-15界面处位点的红外峰.为了证明这一点,我们制备了不同Ru负载量的Ru/SBA-15催化剂,发现这个界面处位点峰的峰面积与金属Ru颗粒在载体上形成交界面的周长成正比,而峰达到稳态所需时间与Ru颗粒大小成反比.这说明H2在金属Ru上发生解离吸附后迁移到Ru和SBA-15界面处,形成了Ru–H–Si物种.当金属Ru的颗粒比较小时,与载体形成交界面的周长小,Ru–H–Si物种的数量少,体现在红外谱图上峰的峰面积小,但解离的氢迁移到该界面所需时间变短了.当金属Ru的颗粒比较大时,与载体形成交界面的周长大,Ru–H–Si物种的数量多,1996 cm~(-1)峰的峰面积大,但解离氢的迁移慢了.此外,H-D交换实验还证明这个界面处的位点具有加氢活性.与文献报道的孤立Si–H物种的红外峰位置比较发现,Ru–H–Si物种具有明显的峰红移现象,说明该物种中的Si–H键活性很高,这可能是由于金属Ru将电子转移至Si–H键的结果.总之,以上结果清晰地表明这个1996 cm~(-1)峰归属为结构是Ru–H–Si的活性位点.     

负载Ru催化剂的CO吸附态的研究

本文运用原位FT-IR光谱系统研究了各种活化处理因素对负载Ru催化剂的CO吸附态的影响.发现2135±15(HF)和2075±5(MF)cm~(-1)IR谱峰产生于金属与载体接触的周边部位,反映了以多重态吸附的CO对称和反对称振动.金属载体间的相互作用的增强,HF和MF强度大幅度衰减.经纯O_2处理的催化剂,HF和MF峰位置没有发生变化,而峰强度随吸附时间的相对增长速率有很大的差异.对HF和MF作了归属,提出了6配位18电子紧壳层稳定结构的表面锚合的羟基氧桥或卤桥的多聚羰基化合物种CO吸附模式.     

利用原位红外光谱确证Ru/SBA-15的加氢活性位点

Ru/SBA-15催化剂具有高的氢气活化能力,因此被广泛应用在加氢和氢解反应中.一般认为Ru/SBA-15催化剂的高活性与金属Ru的高分散有关,然而有研究发现在氧化硅载体上还存在溢流的氢,这部分溢流氢也很可能参与加氢和氢解反应.这就产生了两个关键性的问题:(1)Ru/SBA-15的催化加氢活性中心是什么,是金属Ru还是载体SBA-15;(2)在金属Ru上解离的H是如何迁移到载体上的.因此,加氢活性位点及其形成机理的确认对理解Ru/SBA-15催化剂的高活性至关重要.原位红外光谱可从分子层面研究在工作状态的催化剂表面活性位点的状态,进而推测可能的反应机理.通过与催化剂Pd/SBA-15,Ru/Al2O3和SBA-15比较发现,在氢气氛围中Ru/SBA-15催化剂的原位红外谱图中存在一个独特的位于1996 cm?1的峰.由于在Pd/SBA-15,Ru/Al2O3和SBA-15上都不存在这个峰,因此该峰的形成是金属Ru和SBA-15相互作用的结果.此外,Si–O键在位于1866 cm?1的合频峰不随氢气氛围变化而变化,因此可排除这个峰属于Si–O键振动的倍频峰.为了排除该峰的产生是由于CO的吸附,我们采用脉冲引入CO的方法,发现在低的CO覆盖率下,红外谱图中位于2068 cm?1处出现了一个CO在Ruδ+上的线性吸附峰.随着CO覆盖率增加,该峰逐渐蓝移至2075 cm?1,同时位于2132 cm?1处的峰强度增强了,这两个峰都归属于Run+(CO)x物种的振动峰.这些CO的化学吸附强度都很高,即使在He气中吹扫1 h后仍然存在,而1996 cm?1峰的形成是可逆的.此外,低CO覆盖率下生成的吸附峰(2068 cm?1)的强度低于1996 cm?1峰的强度,因此可以排除1996 cm?1峰属于CO吸附峰的可能.既然1996 cm?1峰的形成是可逆的,将这个峰归属于载体上氢的可能性也可排除,因为形成载体上氢的过程是不可逆的.另外,形成1996 cm?1峰的速率还证明了这个峰不属于金属Ru上吸附的氢,因为金属Ru上氢的吸附是很快的.通过以上分析,我们推断1996 cm?1峰应该指认为在Ru和SBA-15界面处位点的红外峰.为了证明这一点,我们制备了不同Ru负载量的Ru/SBA-15催化剂,发现这个界面处位点峰的峰面积与金属Ru颗粒在载体上形成交界面的周长成正比,而峰达到稳态所需时间与Ru颗粒大小成反比.这说明H2在金属Ru上发生解离吸附后迁移到Ru和SBA-15界面处,形成了Ru–H–Si物种.当金属Ru的颗粒比较小时,与载体形成交界面的周长小,Ru–H–Si物种的数量少,体现在红外谱图上峰的峰面积小,但解离的氢迁移到该界面所需时间变短了.当金属Ru的颗粒比较大时,与载体形成交界面的周长大,Ru–H–Si物种的数量多,1996 cm?1峰的峰面积大,但解离氢的迁移慢了.此外,H-D交换实验还证明这个界面处的位点具有加氢活性.与文献报道的孤立Si–H物种的红外峰位置比较发现,Ru–H–Si物种具有明显的峰红移现象,说明该物种中的Si–H键活性很高,这可能是由于金属Ru将电子转移至Si–H键的结果.总之,以上结果清晰地表明这个1996 cm?1峰归属为结构是Ru–H–Si的活性位点.     

Ru—Co—Mo／Al2O3还原催化剂：CO和NO吸附的红外光谱研究

本文采用CO、NO作为探针分子,应用红外光谱法对其在还原态Mo/Al_2O_3,Co-Mo/Al_2O_3,Ru-Mo/Al_2O_3,Ru-Co-Mo/Al_2O_3系列催化剂上的吸附态进行了表征。CO和NO在Mo,Co,Ru中心上的吸附峰随着它们的担载量增加而增强。Co和Ru作为助剂对Mo中心的吸附能力产生显著不同的影响,增加Co担载量大大减少了Mo中心的吸附NO量,并且NO在Co中心上的吸附红外谱带1775,1860 cm~(-1)位移到1800,1879 cm~(-1);而增加Ru担载量则加强了CO和NO在Mo中心上的吸附量,并使得NO在Mo中心上的吸附红外谱带1706,1812 cm~(-1)红移至1679,1801 cm~(-1)。根据实验结果,本文分别对Co和Ru的助剂功能进行了讨论。     

高分散钌和载体相互作用的红外光谱研究

利用原位红外光谱方法研究了CO在浸渍制得的1%Ru/X(D_(Ru):40—60)上的化学吸附(X为SiO_2,Al_2O_3,SiO_2-Al_2O_3,HY分子筛)。发现室温吸附 CO时,当载体由 SiO_2→Al_2O_3→SiO_2-Al_2O_3→HY时,吸附态 CO谱带蓝移,高频谱带相对强度增加,吸附温度改变时,相当于 Ru~(δ )(CO)_4的多重吸附态(～2155cm~(-1),～2100cm~(-1)…)在Ru/HY,Ru/SiO_2-Al_2O_3及Ru/Al_2O_3上出现的温度分别为室温、150℃及350℃.在Ru/SiO_2上任何温度下都不出现,认为载体的酸性对高分散Ru和载体间的相互作用有明显影响。     

电极表面Ag(δ+)-NH_3络合物的表面增强拉曼散射效应

本文采用氧化还原循环处理电极首次得到Ag/0.1mol L~(-1)NH_3+0.1mol L~(-1)NH_4Cl体系中吸附在银电极上氨分子的表面增强拉曼散射(SERS)效应。按氨分子在电极表面上的吸附量为每平方厘米8×10~(15)计算,增加因子为1.2×10~5.谱峰强度及位置随电极电位改变。吸附氨分子的SERS谱与Ag(NH_3)_2~+的正常拉曼光谱类似。本文结果表明电极表面上存在Ag(δ+)络合物,它可能是SERS效应的活性中心,用这个概念可较好地解释本文实验结果。通过谱图分析给出了Ag(δ+)表面络合物的可能结构模式。     

电极表面Ag(δ+)-NH3络合物的表面增强拉曼散射效应

本文采用氧化还原循环处理电极首次得到Ag/0.1 mol L~(-1)NH_3+0.1 mol L~(-1)NH_4Cl体系中吸附在银电极上氨分子的表面增强拉曼散射(SERS)效应。按氨分子在电极表面上的吸附量为每平方厘米8×10~(15)计算, 增加因子为1.2×10~5。谱峰强度及位置随电极电位改变。吸附氨分子的SERS谱与Ag(NH_3)_2~+的正常拉曼光谱类似。本文结果表明电极表面上存在Ag(δ+)络合物, 它可能是SERS效应的活性中心, 用这个概念可较好地解释本文实验结果。通过谱图分析给出了Ag(δ+)表面络合物的可能结构模式。     

（PdCl2—PVP）／Al2O3催化剂中Pd状态的探讨

氯化钯先锚定在聚乙烯吡咯烷酮上后进一步负载到Al_2O_3上所制的催化剂[简称(PdCl_2-PVP)/Al_2O_3]是一种活性、选择性高,稳定性好的烯烃、二烯烃和多烯烃加氢催化剂。本文结合加氢反应,使用XPS、FT-IR、电镜及用CO为探针的FT-IR,对这种催化剂进行了考察。实验说明,在这种催化剂中,钯的价态是在0—2之间。红外光谱在486cm~(-1)处有一微弱的小峰,说明存在Pd—N的配位键。催化剂中钯含量低时(0.2wt％)稳定性好,不吸附CO,活性中心是络合钯原子;当钯含量较高时(0.7wt％),催化剂的初活性虽不低,稳定性却较差,这种催化剂能吸附CO,IR谱图上仅在1919cm~(-1)处有CO桥式吸附态的伸缩振动。表明除络合钯原子外,还有聚集的钯金属存在。FT-IR尚表明,PVP在Al_2O_3上可能并非单纯的物理吸附。电镜结果表明,PVP在Al_2O_3上呈30—70(?)的微球状,(PdCl_2-PVP)/Al)_2O_3上的(PdCl_2-PVP)亦呈微球状,与前者无明显区别,这种催化剂中其活性中心是络合钯原子。     

CO、H_2及HO_2在Co/SiO_2催化剂上吸附的原位红外光谱

用原位IR研究了CO在Co/SiO_2催化剂上的吸附,并考察了吸附的CO与H_2、H_2O的相互作用。CO在Co/SiO_2上的吸附显示出四种不同的吸收峰。2002、2027cm~(-1)归属于端基CO吸附;2120cm~(-1)归属于CO在钴离于上的吸附;1870cm~(-1)为CO的桥式吸附;1720cm~(-1)则为多中心吸附。当温度高于370K时,吸附的CO会完全脱附。H_2与吸附的CO相互作用可削弱CO吸收峰的强度,并逐步在低波数(1980cm~(-1))处产生一个小肩。水与吸附的CO相互作用产生一种甲酸基物种(1585、1390cm~(-1))。该物种被认为是Kòlbel-Engelhardt反应的中间体。     

五种含氨基和吡啶基功能性聚合物对Ir(Ⅳ)、Ru(Ⅳ)的吸附行为

五种含氨基及吡啶基功能性聚合物:2,6-二氨基吡啶树脂(DAPR),2-氨基甲基吡啶树脂(2-AMPR),2-氨基吡啶树脂(2-APR),3-氨基吡啶树脂(3-APR),4-氨基吡啶树脂(4-APR)对Ir(Ⅳ)和Ru(Ⅳ)的最佳吸附酸度均为0.1mol HCl/L、对Ir(Ⅳ)的吸附容量分别为1200、786、480、500和381mgIr(Ⅳ)/g树脂,其吸附摩尔比(离子/功能基)分别为2.11,1.20,0.67,0.81,0.59。对Ru(Ⅳ)的吸附容量分别为146,249,177,140,188mgRu(Ⅳ)/g树脂,其吸附摩尔比分别为0.49,0.72,0.47,0.43,0.56。树脂对Ir(Ⅳ)的表现吸附活化能分别为27.7±1.4,33.9±0.5,37.0±1.0,37.1±2.9,39.7±4.5kJ/mol。25℃时对Ir(Ⅳ)吸附的分配系数Kd分别为37.5×10~3,14.8×10~3,8.2×10~328.4×10~3,40.1×10~3 mL/g,吸附热焓(除2-AMPR外)均为零。这五种树脂对Tr(Ⅳ)的吸附摩尔比均大于相应的Ru(Ⅳ)。树脂吸附Ir(Ⅳ)前后的红外谱图表明有氨基吡啶功能基特征峰的消失和Ir-Cl键吸收峰在290或310cm~(-1)处产生。     

An infrared study of CO adsorption on silica-supported Ru-Sn catalysts

CO adsorption on Ru-Sn/SiO(2) catalysts of various Sn/(Ru+Sn) ratios was examined by Diffuse Reflectance Infrared Fourier-Transform Spectroscopy (DRIFTS). The catalysts were prepared by the incipient wetness impregnation method. Catalysts were activated by H(2) reduction at 773 K. CO adsorbed on the catalysts shows spectra whose band frequencies are divided into three groups: (i) High Frequency Region (HFR), containing a band at 2065 cm(-1), (ii) Low Frequency Region 1 (LFR(1)), containing bands at 2040-2015 cm(-1), (iii) Low Frequency Region 2 (LFR(2)), containing bands at 1990 and 1945 cm(-1). The types of adsorbed CO species formed strongly depend on the ratio Sn/(Ru+Sn) in the catalyst, CO pressure and temperature of adsorption. Adsorption of CO on Ru sites in the Ru/SiO(2) catalyst results in LFR(1) bands at 2040-2015 cm(-1), which are independent of the CO pressure but the adsorption complexes are easily destroyed by raising the temperature. The addition of Sn to the catalyst creates new sites for CO adsorption. After adsorption at 298 K, the HFR band at 2065 cm(-1) and LFR(2) bands at 1990-1950 cm(-1) are observed. The relative intensities of these bands increase with increasing Sn-content in the samples. The LFR bands are thermally stable while the HFR band is not. The formation of the corresponding species is favored by increasing the CO pressure. Adsorbed CO species giving LFR(1) bands are assigned to linearly-adsorbed CO on the Ru(0) and/or on the Ru-Sn alloy sites. Adsorbed CO species giving HFR bands are assigned to CO adsorption on Ru(delta+)-O-Sn sites. After low temperature CO adsorption on samples with high Sn-content, only species that show bands at 1990 and 1945 cm(-1) in LFR(2) are observed.     

FTIR studies of CO adsorption on Al2O3- and SiO2-supported Ru catalysts

The adsorption of CO on Al2O3- and SiO2-supported Ru catalysts has been investigated through FTIR spectroscopy. Deconvolution of the spectra obtained reveals the presence of 11 distinct bands in the case of Ru/Al2O3 and 10 bands in the case of Ru/SiO2, which were assigned to different carbonyl species adsorbed on reduced as well as partially oxidized Ru sites. Although most of these bands on both supports are similar, they exhibit substantial differences in terms of stability. In general, the analogous CO species on Ru/Al2O3 are adsorbed stronger than those on Ru/SiO2, with the most stable species observed being a dicarbonyl adsorbed on metallic Ru (i.e., Ru0(CO)2). Following sintering of the Ru, the ratio of multicarbonyl to monocarbonyl adsorption is reduced substantially because of the lack of isolated sites or small Ru clusters that enable the formation of multicarbonyl species via oxidative disruption. Finally, in the presence of O2, the main features observed correspond to monocarbonyl, dicarbonyl, and tricarbonyl species adsorbed on partially oxidized Run+. The intensities of all bands decrease drastically at temperatures above 210 degrees C because of the onset of CO oxidation, which results in substantially reduced surface coverage.     

CO在担载Ru催化剂上的吸脱附作用及其表面加氢反应

研究了担载于Al_2O_3和ZrO_2上的以Ru_3(CO)_(12)为前体的[Ru]和以RuCl_3为前体的Ru催化剂的TPR特性、CO吸脱附行为及其表面加H_2反应。担载于Al_2O_3上的[Ru]和Ru催化剂上部分物相较担载于ZrO_2上者难于还原。CO在氧化[Ru]催化剂上主要以Ru(CO)yO_2表面络合物形式存在,在还原[Ru]和Ru、以及氧化Ru催化剂上CO以吸附物种形式存在。在Ru离子上的CO比在Ru原子上者难于脱附。以ZrO_2为载体的[Ru]和Ru催化剂上的CO加H_2生成CH_4的性能显著优于以Al_2O_3为载体者,担载[Ru]催化剂上的CO加H_2性能略优于担载Ru催化剂。     

担载型钌催化剂吸附CO性能的原位红外研究

用原位红外研究了ＣＯ的吸附与脱附，ＣＯ／Ｈ２的共吸附及反应，考察了焙烧温度对Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３及Ｒｕ／ＳｉＯ２催化剂的影响，结果表明，经不同温度焙烧的催化剂样品，其吸附性能有很大差别。随着焙烧温度的升高，金属－载体相互作用增强，导致ＣＯ吸附量减少。Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３吸附的ＣＯ较稳定，而Ｒｕ／ＳｉＯ２吸附的ＣＯ在高温易脱附。各不同ＣＯ吸会态间、多重态更易发生反应。在未焙烧的Ｒｕ／ＳｉＯ２低ＣＯ／Ｈ２反应     

Effects of Titania on the Adsorptive and Catalytic Properties of Silica-Supported Cobalt Catalyst

A series of Ti-promoted (6 wt%) Co/SiO₂ catalysts with titania content of 0 to 10 wt% were sequentially prepared by incipient wetness impregnation, and characterized with X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, chemisorption, temperature-programmed desorption and infrared spectroscopy. The influences of Ti addition and reduction temperature (400–700 °C) on the adsorptive behavior and the catalytic properties for CO hydrogenation were investigated. The presence of Ti decreases the adsorption capacity of the cobalt surface for H₂, but enhances activity per gram cobalt. In addition, the turnover frequency increases 2–4 times upon Ti addition at reduction temperatures of 400–700 °C. The promotion in activity is accompanied by an enhanced selectivity for higher hydrocarbons and olefins. These modifications can be rationalized by the creation of active sites for CO dissociation. The desorption of CO₂ at 100 °C during temperature-programmed desorption of CO indicates the formation of active sites for CO disproportionation. Infrared spectroscopy indicates an increase in the relative absorbance of 2060–2075 cm^?1 bands upon Ti addition, which are attributed to CO adsorbed on the defect sites of the cobalt surface. Therefore, the promotion effect of Ti may be directly related to the formation of defect sites on the cobalt surface induced by the decorated titania moieties.     

镍基催化剂上CO和H2O的吸附与反应的红外光谱研究

本文运用红外光谱研究了CO和H_2O在Ni基催化剂上的吸附和反应规律。证实了H_2O在催化剂上是解离吸附, 以OH的形式吸附在催化剂上, 在OH之间可能有氢键形成。CO有两种吸附态: 线式和桥式。预吸附H_2O使CO线式吸附态几乎消失, 桥式吸附峰红移了约30 cm~(-1)。在不同温度时, 对比了CO或表面碳与H_2O的反应, 发现表面碳更容易同水反应生成甲烷。     

CO和NO在Rh2-V/SiO2催化剂上共吸附的红外光谱

应用CO和NO吸附态原位红外光谱方法研究了还原态Rh2／SiO2，Rh2－V／SiO2催化剂上的活性中心铑的状态和助剂钒的作用. Rh2催化剂用Rh2（CO）4Cl2化合物制备. 在还原Rh2／SiO2催化剂上，CO吸附出现四个红外吸收峰：2085，2028cm－1（孪生态吸附RhⅠ（CO）2），2060cm－1（线式吸附RhⅡCO），1867cm－1（桥式吸附RhⅢ2CO）．在还原Rh2－V／SiO2催化剂上，CO在RhⅡ和RhⅢ中心上的吸附峰大大减弱，可以解释为Rh°向钒离子转移电子生成了带正电荷的铑中心（Rhδ＋）；同时RhⅠ（CO）2键能增加，降低了孪生CO被NO置换的程度。     

Catalytic Performance in CO Hydrogenation Over SiO_2-Supported Ru-M (M=Co, Fe,Mo,Ni,Rh,Mn and Cr) Bimetallic Cluster-derived Catalysts

The bimetallic Ru-M (M=Co,Fe,Ni,Mo, Rh,Cr, Mn) catalysts were prepared from SiO_2-supported bimetallic carbonyl clusters, and it was found that the Ru-Co, Ru-Fe and Ru-Mo bimetallic carbonyl cluster-derived catalysts showed higher activity and selectivity for oxygenates such as C_1-C_5 alcohols in CO hydrogenation,in contrast to catalysts prepared from SiO_2-supported homometallic Ru and Co carbonyl clusters. In situ FT-IR studies revealed that the bands at 1584 and 1555 cm~(-1) species were intermediates to produce methanol and higher oxygenates,and at higher temperatures the 1584 cm~(-1) species could react with alkyl to form 1555 cm~(-1) species. By the surface chemical reaction and the IR study of isotopic molecules,it was suggested that 1584 and 1555 cm~(-1) were assigned to surface formyl and acetyl species.     

利用CO和NO吸附的红外光谱表征还原态的Ru-Co-Mo/Al_2O_3催化剂

用CO和NO吸附的红外光谱表征了还原态的Ru-Co-Mo/Al_2O_3催化剂。结果表明,和Ru/Al_2O_3相比,CO吸附于Ru-Co-Mo/Al_2O_3的Ru中心上的红外谱带向高波数移动;和Co-Mo/Al_2O_3相比,CO和NO吸附在Ru-Co-Mo/Al_2O_3的Co、Mo中心上的特征谱带向低波数移动;通过TPD-IR还可看到,CO和NO在Ru-Co-Mo/Al_2O_3的吸附量及脱附温度大大地提高了。这些结果说明在Ru-Co-Mo/Al_2O_3的Ru中心上的部分电子转移到Co、Mo中心或其周围,或者Ru中心的存在促进了Co、Mo中心的还原。