金属-配体协同作用下钌催化剂用于草酸酯加氢制乙二醇的研究进展

乙二醇是一种重要的基础化工原料,被广泛用于生产聚酯等工业化学品.催化草酸酯加氢制乙二醇是"煤制乙二醇"工业路线的关键步骤.研究开发可高效催化草酸酯加氢的催化剂是化学家关注的研究热点.调研并总结了近10年来具有金属-配体协同作用的钌催化剂用于草酸酯均相催化加氢的研究进展,围绕催化剂结构与性质的关联,探讨催化加氢反应机理,为进一步开发性能优异的新型催化剂提供参考.     

离子交换树脂支载的加氢催化剂的制备及在乙二醇精制中的应用

制备了一种离子交换树脂支载的Ni-B非晶态合金催化剂,对催化剂形态及孔结构等进行了表征;将该催化剂用于催化加氢法降低乙二醇中甲醛含量的实验,考察了反应温度、乙二醇空速和压力对该催化剂催化条件下甲醛去除率的影响。结果表明,Ni-B分散在树脂载体表面和内部的孔中,催化剂孔径约20nm,属于介孔范围;在反应温度353K、乙二醇液时空速3h-1、压力0.5MPa条件下,催化剂连续运行500h,乙二醇中甲醛含量由45μg/g降低至3μg/g以下,甲醛去除率达到95%。     

水热法制备Cu-HMS催化剂及其催化草酸二甲酯加氢性能的研究

以十六胺为模板剂,采用水热合成法制备了一系列不同铜负载量的Cu-HMS催化剂,并考察了其对草酸二甲酯加氢制乙二醇反应的催化性能.同时,通过X射线粉末衍射(XRD)、N_2低温吸附脱附、红外光谱(FI-IR)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)及透射电镜(TEM)等手段对催化剂进行了系统表征.结果表明,铜负载量对催化剂活性组分的分散性和载体之间的相互作用力影响很大.实验结果表明,以20%铜负载量制备的Cu-HMS催化剂催化性能优势明显.在反应温度为205℃、压力为2.0 MPa、氢酯比为80 mol/mol及液时空速为0.4 h-1的条件下,草酸二甲酯的转化率接近100%,乙二醇的选择性高达98.11%.     

碳酸乙烯酯选择加氢合成甲醇与乙二醇高效稳定Cu/SiO_2催化剂研究（英文）

CO_2作为重要的碳氧资源,具有来源丰富、价格低廉、安全等突出优点.近年来,由于蕴含的巨大利用潜力,CO_2间接利用制备基础化学品、能源燃料对于可持续制备大宗化工品中具有重要研究意义,日益受到研究者和工业界的广泛重视.甲醇与乙二醇是化学工业中的两种重要大宗原料.甲醇不仅是重要的有机化工原料、清洁环保的液体燃料,同时也是氢气和能量储存的良好载体.乙二醇作为一种重要的有机化工原料,在聚酯等领域具有广泛应用.CO_2经碳酸乙烯酯氢解制备甲醇/乙二醇是典型的原子经济反应,对资源、能源和环境的可持续发展具有重要意义.需要指出的是,CO_2与环氧乙烷环加成制备碳酸乙烯酯已具备成熟的工业化技术.因此,该路线研究重点在于发展碳酸乙烯酯选择加氢联产甲醇和乙二醇高效稳定的催化体系.近年来,铜基多相催化剂催化碳酸乙烯酯加氢联产甲醇乙二醇得到了广泛重视.由于铜基催化剂存在活性较低、高温易失活等问题,开发高效且具有良好稳定性的铜基催化剂是目前碳酸乙烯酯加氢研究重点.本文针对碳酸乙烯酯选择氢解合成甲醇乙二醇新型铜基催化体系构建和构效关系研究,采用硅溶胶蒸氨法制备高分散Cu/SiO_2过程中引入多羟基β-环糊精修饰催化剂前驱体的合成策略,并通过惰性气体中煅烧后的积碳有效抑制活性铜物种的团聚,获得了β-环糊精改性的Cu/SiO_2催化剂.通过N_2吸脱附、XRD、N_2O滴定、H_2-TPR、TEM和XPS等系统表征,发现β-环糊精可有效调控催化剂结构和表面不同价态活性铜物种分布.碳酸乙烯酯加氢性能评价结果表明引入适量β-环糊精的5β-25%Cu/SiO_2具有较优催化活性,乙二醇选择性98.8%和甲醇选择性71.6%,且相应的催化活性可达1178 mgEC g_(cat)~(–1) h~(–1).高活性的原因很可能归因于不同价态Cu~0与Cu~+物种协同催化作用及适宜的Cu~+/(Cu~0+Cu~+)比例.结合密度泛函理论模拟计算,我们提出了Cu~0促进氢气解离、Cu~+吸附活化碳酸乙烯酯分子中酯羰基的反应机理.催化剂重复使用和表征结果表明,5β-25%Cu/SiO_2具有良好的稳定性,使用前后铜粒子大小和铜物种分布几乎未发生明显变化.本文为解决铜基催化剂高温易烧结等难题提供了简单有效的活性铜物种稳定化方法,并为CO_2经碳酸乙烯酯绿色合成甲醇、乙二醇高效稳定铜基催化新体系的构筑提供了有益借鉴.     

乙二醇促进制备高分散的Co/SiO_2催化剂及其催化乳酸乙酯转化为1,2-丙二醇的气相加氢活性（英文）

研究了利用乙二醇共浸渍方法制备高分散的二氧化硅负载钴催化剂,该催化剂有效地提高了乳酸乙酯的气相加氢反应活性。系统地考察了钴金属负载量、乙二醇与硝酸钴摩尔比、醇种类和焙烧温度等制备参数对四氧化三钴纳米粒子物性的影响。乙二醇与硝酸钴摩尔比和醇种类对二氧化硅负载的四氧化三钴纳米粒子大小有显著影响。与常规的浸渍方法相比较,共浸渍过程中的乙二醇增强了二价钴粒子和载体二氧化硅之间的相互作用力,从而引起金属钴分散度的提高以及四氧化三钴纳米粒子粒径从16 nm降到5 nm以下;金属钴的高分散与无定型硅酸钴的形成密切相关;同时显著地提高了乳酸乙酯的加氢活性,在反应条件下(2.5MPa、160°C和10%(w,质量分数)Co/SiO_2)乳酸乙酯的转化率从69.5%提高到98.6%,1,2-丙二醇的选择性达到98.0%。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸脱附实验、H_2程序升温还原(H_2-TPR)等表征手段对共浸渍制备的Co/SiO_2催化剂结构和形貌进行了表征分析。     

琥珀酸酐均相加氢制备γ-丁内酯的研究

研究了不同催化剂对琥珀酸酐加氢生成γ -丁内酯的反应 ,并考察了配体、溶剂及PPh3/Ru摩尔比对催化反应的影响。结果发现Ru络合物是最佳催化剂 ,PPh3是最佳配体 ,乙二醇二甲醚为最佳溶剂。在SA ,2 0mmol;催化剂Ru ,0 .10mmol;PPh3/Ru ,8;以乙二醇二甲醚为溶剂( 8ml) ;H2 ,3.0MPa ;反应温度为 12 0℃的反应条件下 ,γ -丁内酯的产率可达 86.5%。     

纳米催化剂在CO_(2)加氢制甲醇中的研究进展北大核心CSCD

为减缓温室效应,将CO_(2)转换成高附加值的甲醇是减少CO_(2)排放的有效途径,而高效催化剂是CO_(2)加氢制甲醇反应规模化的关键.可调控合成的具有量子尺寸效应的纳米催化剂在该反应上具有独特的优势.因此我们深入探讨了反应机理,综述了纳米材料在CO_(2)加氢制甲醇中的研究进展,最后给出了高效催化剂可能的发展方向.     

乙二醇促进制备高分散的Co/SiO2催化剂及其催化乳酸乙酯转化为1,2-丙二醇的气相加氢活性

研究了利用乙二醇共浸渍方法制备高分散的二氧化硅负载钴催化剂,该催化剂有效地提高了乳酸乙酯的气相加氢反应活性。系统地考察了钴金属负载量、乙二醇与硝酸钴摩尔比、醇种类和焙烧温度等制备参数对四氧化三钴纳米粒子物性的影响。乙二醇与硝酸钴摩尔比和醇种类对二氧化硅负载的四氧化三钴纳米粒子大小有显著影响。与常规的浸渍方法相比较,共浸渍过程中的乙二醇增强了二价钴粒子和载体二氧化硅之间的相互作用力,从而引起金属钴分散度的提高以及四氧化三钴纳米粒子粒径从16 nm降到5 nm以下;金属钴的高分散与无定型硅酸钴的形成密切相关;同时显著地提高了乳酸乙酯的加氢活性,在反应条件下(2.5MPa、160 ℃和10%(w,质量分数)Co/SiO₂)乳酸乙酯的转化率从69.5%提高到98.6%,1,2-丙二醇的选择性达到98.0%。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂吸脱附实验、H₂程序升温还原(H₂-TPR)等表征手段对共浸渍制备的Co/SiO₂催化剂结构和形貌进行了表征分析。     

制备溶剂对NiCoB非晶态合金催化剂结构及糠醛加氢性能的影响

采用化学还原法在不同单一和复配溶剂体系中制备了一系列NiCoB非晶态合金催化剂,对其液相糠醛加氢性能进行了考察,并采用N_2吸附-脱附等温线、ICP、FE-SEM、HRTEM、XRD、XPS等手段进行了表征。结果表明,在相同反应条件下,制备溶剂的表面张力、黏度、极性大小和溶解度常数等对NiCoB非晶态合金催化剂的组成、形貌和结构及其糠醛加氢反应性能均产生重要影响。由甲醇/乙二醇复配溶剂(MEG,体积比1∶1)制备的NiCoB-MEG催化剂具有最理想的糠醛液相加氢制糠醇性能,糠醛转化率达到96.4%,糠醇选择性达到83.49%,这可归因于甲醇和乙二醇之间的协同作用促进了金属组分的分散和还原。     

载体还原处理提高Ru/CeO_(2)催化对苯二甲酸加氢转化性能北大核心CSCD

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料可通过水解反应回收成对苯二甲酸(PTA)与乙二醇单体,后续PTA的综合利用具有一定的研究意义。本文以Ru/CeO_(2)多相催化PTA加氢转化为主要研究对象,通过将可变价氧化物CeO_(2)载体进行高温氢气还原预处理,尝试使其表面形成更多的氧缺陷与Lewis酸位点,以增强其催化PTA加氢转化反应中的活性。结果表明,经过高温氢气还原的CeO_(2)载体负载的Ru基催化剂在该反应中的催化活性显著优于未经过处理的样品,其在200~250℃下PTA转化率提高179%~300%,初步推测是由于高温氢气还原处理在载体表面构建了更多的氧缺陷与Lewis酸位点,增强了其对含有富电子芳环的反应物分子的吸附。本工作对于铈基氧化物多相催化剂的优化设计与表面调控具有一定的借鉴意义。     

醋酸仲丁酯加氢反应中Cu/B/Ca/Al_2O_3催化剂的失活及再生

Cu/B/Ca/Al2O3催化剂在长达1 118 h的催化醋酸仲丁酯加氢反应中出现了明显的失活.经过对比分析反应前、后和再生催化剂的组成、形貌和结构,发现金属铜粒子在长时间反应后无明显聚集,醋酸仲丁酯加氢反应中部分氧化钙向醋酸钙转变而引起催化剂结构的改变以及有机物种在催化剂表面的沉积是其失活的根本原因.失活后的催化剂经过350℃空气焙烧再生能够有效消除表面沉积的醋酸钙和有机物种,基本恢复催化剂的结构及其催化醋酸仲丁酯加氢反应的性能.     

Cu/SiO2催化剂结构对乙酸甲酯加氢性能的影响

采用尿素水解法制备了Cu/SiO₂催化剂, 探究其用于乙酸甲酯(MA)加氢制取乙醇的催化性能, 并通过N₂物理吸附、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法分析了催化剂的物理化学特性, 探究了铜负载量和还原温度等对催化剂结构的影响, 以及与催化活性之间的关系. 发现在铜负载量分别为10%、20%和30% (质量分数, w)的催化剂中, 铜负载量为20%的催化剂因具有较多且分散均匀的活性组分而表现出最佳的加氢效果. 接着在铜负载量为20%的催化剂上研究了还原温度(270, 350, 450 ℃)对催化性能的影响, 发现在350 ℃下还原的催化剂活性最高, 在最佳的反应条件下, 乙酸甲酯转化率达到97.8%, 乙醇选择性达到64.9% (理论最大值为66.6%), 主要归属于它具有较高的铜物种分散度, 最合适的Cu⁰/(Cu⁰+Cu⁺)摩尔比例, 同时实现了解离氢气和活化乙酸甲酯的功能.     

In-Cu/SiO2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇

工业上常用玉米生产乙醇,从而造成粮食和燃料的选择两难局面.随着页岩气研究的不断深入以及全球可观的煤炭存量,用醋酸甲酯加氢制乙醇已引起广泛关注.铜基催化剂对酯加氢生成醇有高的转化率和选择性,其中铜铬催化剂性能较高,但铬对人体和环境的潜在危害限制了其广泛应用.Cu/SiO2催化剂价格低廉,环境友好,但其稳定性较差,容易失活不利于工业上应用.因此人们对Cu/SiO2催化剂进行改性.本文采用氨蒸法制备了一系列掺杂不同量氧化铟(In2O3)的Cu催化剂(In-Cu/SiO2).采用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、氢气程序升温脱附(H2-TPD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等手段对催化剂进行了表征,同时评价了催化剂的活性和稳定性.结果发现,In2O3的改性提高了Cu/SiO2催化剂在醋酸甲酯加氢制乙醇反应中的活性和稳定性; 其中当添加1%In2O3时,醋酸甲酯转化率从83.7%提高至97.8% (反应温度523 K,反应压力3 MPa,氢酯摩尔比15,液时空速2 h?1),且对液时空速的变化耐受性比较强.当液时空速大于3 h?1时,随着液时空速的增加,Cu/SiO2催化剂的活性和选择性急剧下降,而1In-Cu/SiO2催化剂变化相对较小.TEM和XRD结果表明,适量In2O3的掺入改善了Cu/SiO2催化剂活性组分的分散性,铜粒径变小;FT-IR和N2O化学吸附结果显示,In2O3的加入使得页硅酸铜含量增加,从而有效地抑制了催化剂还原过程中铜的聚合,因此催化剂性能提高.XPS结果表明,表面Cu0和Cu+活性位点之间的协同作用有助于改善催化剂性能.Cu/SiO2和1In-Cu/SiO2催化剂100 h的稳定性测试发现,Cu/SiO2催化剂的失活主要是由于活性组分颗粒尺寸聚集变大和表面Cu0和Cu+分布的破坏所致; 而1In-Cu/SiO2催化剂物化性质几乎保持不变,表明适量的In2O3可稳定Cu/SiO2催化剂,延长其使用寿命.由此推断,In2O3可能作为一种隔离剂以抑制铜纳米粒子的热迁移和聚集,从而有效地提高Cu/SiO2催化剂活性和稳定性.     

热处理条件对完全液相法制Cu-Zn-Al催化剂结构及CO加氢性能的影响

采用完全液相法制备Cu-Zn-Al浆状催化剂,利用XRD、H₂程序升温还原、N₂吸附-脱附、XPS对催化剂进行表征,并在浆态床反应器中评价其CO加氢性能,考察了前驱体的热处理条件（常压、中压和密闭高压）对催化剂结构和性能的影响.结果表明,常压热处理所制催化剂,比表面积较大,活性物种的分散度和表面铜锌比均较高,有利于反应气体的吸附和扩散,CO加氢活性较高;采用加压热处理时,Cu晶粒较大,且有尖晶石相的生成,增强了Cu、Zn、Al物种之间的相互作用,影响了Cu物种的还原能力和催化剂的表面酸性,使催化剂具有一定的生成低碳醇能力.     

Selective functionalization of independently addressed microelectrodes by electrochemical activation and deactivation of a coupling catalyst

We demonstrate selective functionalization of independently addressed microelectrodes by electrochemical activation and deactivation of a coupling catalyst. 1,2,3-Triazole formation between terminal acetylenes and organic azides is efficiently catalyzed by copper(I) complexes (a Sharpless "click" reaction), while the oxidized copper(II) complexes are inactive. By electrochemically activating or deactivating the catalyst by switching its redox state, we demonstrate control over triazole formation between surface-immobilized azides and ethynylferrocene. The reaction proceeds on the time scale of minutes using submicromolar concentration of reactants and catalyst, requires mild potentials for catalyst activation and deactivation, and works in aqueous and mixed aqueous-organic solvents. By appropriate biasing of each electrode, we selectively modify one of two chemically identical 10-mum-wide electrodes separated by 10 mum in an interdigitated array. The ability to switch on or off the reaction by electrical addressing together with the chemoselectivity of this reaction makes Cu(I)-catalyzed triazole formation an ideal method for the chemical modification of multielectrode arrays.     

Stabilization of Copper Catalysts for Liquid‐Phase Reactions by Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) of an alumina overcoat can stabilize a base metal catalyst (e.g., copper) for liquid‐phase catalytic reactions (e.g., hydrogenation of biomass‐derived furfural in alcoholic solvents or water), thereby eliminating the deactivation of conventional catalysts by sintering and leaching. This method of catalyst stabilization alleviates the need to employ precious metals (e.g., platinum) in liquid‐phase catalytic processing. The alumina overcoat initially covers the catalyst surface completely. By using solid state NMR spectroscopy, X‐ray diffraction, and electron microscopy, it was shown that high temperature treatment opens porosity in the overcoat by forming crystallites of γ‐Al₂O₃. Infrared spectroscopic measurements and scanning tunneling microscopy studies of trimethylaluminum ALD on copper show that the remarkable stability imparted to the nanoparticles arises from selective armoring of under‐coordinated copper atoms on the nanoparticle surface.     

巴豆醛气相选择性加氢催化剂

巴豆醛是α, β-不饱和醛中最具代表性的一类有机化合物,采用气相催化巴豆醛选择加氢制备巴豆醇符合原子经济和绿色化学要求,具有重要的工业应用和学术价值。本文综述了近十年国内外巴豆醛气相选择性加氢合成巴豆醇的负载型催化剂的研究成果,评述了贵金属催化剂(铂、金、铱、银、钯)和非贵金属催化剂(钴、铜)上巴豆醛选择性加氢性能,分析了活性组分、载体、助剂以及活性组分粒径对催化剂性能的影响,探讨了巴豆醛选择性加氢的反应机理和失活机理。最后,对气相巴豆醛选择性加氢催化剂所存在的问题进行总结,并对催化剂的发展趋势作出了展望。指出了非贵金属催化剂的巴豆醛选择性加氢性能因具有价廉易得等优势,将是该领域的研究方向之一。催化剂失活是巴豆醛气相选择性加氢工业化的最大障碍,因此研究和认识反应机理,解决催化剂失活问题是重点研究方向。     

CO2加氢合成甲醇Cu/ZrO2催化剂的失活因素

采用低温氮气吸脱附、X射线衍射(XRD)、电镜(TEM)以及热重差热(TG-DSC)等手段,对不同反应时间下Cu/ZrO₂催化剂的物理结构、微观形貌以及积炭情况进行了表征,分析了催化剂的失活原因。结果表明,造成催化剂失活的主要因素是活性组分烧结;其次,表面积炭覆盖其活性中心也造成催化剂活性在一定程度上的降低;而催化剂比表面积对其活性的影响较小。     

Ca对Cu/B/Ca/Al_2O_3结构及其催化醋酸仲丁酯加氢反应性能的影响

以γ-Al2O3为载体采用分步浸渍法制备了不同Ca O含量的Cu/B/Ca/Al2O3催化剂,并测试了其催化醋酸仲丁酯加氢制备仲丁醇的反应性能.Ca O含量对催化剂的结构、氧化还原性能、酸碱性和金属铜分散度的影响分别采用XRD、H2-TPR、XPS、NH3-TPD和N2O-H2氧化还原滴定实验进行分析.结果表明,适量氧化钙的引入对金属铜的分散度无明显影响,过量的氧化钙(20%)降低催化剂的比表面积,进而导致金属铜分散度的降低;但钙作为给电子助剂能够补偿电子从铜向氧化硼之间的迁移,提高催化剂的酯加氢活性.同时,氧化钙的引入能够有效消除Cu/B/Ca/Al2O3催化剂表面的强酸性位点并降低催化剂的酸量,减少醋酸仲丁酯加氢反应中酸催化副产物以及催化剂表面积碳的生成.     

助剂对Cu/Cr催化剂上甲醇部分氧化制氢的活性影响

曾研究了Cu/Cr二元催化剂上甲醇部分氧化制氢的反应，发现当Cu/Cr比为6：4时，催化剂的Cu^0比表面积最大，呈现出较好的活性。在Cu/Cr（6：4）催化剂中添加Fe,Zn,Al等8种助剂，考察其对甲醇部分氧化制氢催化性能的影响，并着重研究了Zn助剂的作用。实验结果表明，Zn的引入，有利于催化剂活性的提高。当Zn含量为10％时，催化剂活性最好。XRD表征结果表明，Cu/Cr催化剂的失活与其表面上的Cu物种烧结有关，Zn的引入可明显增强Cu/Cr（6：4）催化剂的热稳定性，提高其寿命。