Au促进Pt/WO_3催化甘油氢解制1,3-丙二醇（英文）

近年来,以生物质为基础的生物柴油得到了迅速发展,导致了粗甘油过剩.通过甘油选择性氢解制1,3-丙二醇,进而被用于合成高价值的聚对苯二甲酸丙二醇酯被认为是最具工业应用潜力的反应之一,对于提高生物柴油的利用效率有着极其重要的意义.但由于反应空间位阻和热力学上的限制给甘油氢解制1,3-丙二醇带来了很大的挑战,因此需要设计高活性的金属-酸双功能催化剂以降低甘油第二个C-O键断裂的活化能和减少其他副反应的发生.目前Pt-W和Ir-Re双功能催化剂可高选择性制得1,3-丙二醇,但仍需较严苛的反应条件实现对氢气的活化和解离.本课题组曾将准单原子/单原子Pt高度分散于具有大量氧空位和酸位点的WO_x载体上,十分有利于甘油选择性氢解制1,3-丙二醇反应;在Au-Pt/WO_x催化剂中添加Au可促进B酸产生,进而提高了甘油转化率和1,3-丙二醇的选择性.为了进一步研究Au对Pt/WO_x催化剂结构和催化性能的影响,本文利用CTAB辅助吸附法制备了Au/WO_3,再浸渍Pt制得Pt/Au/WO_3双金属催化剂.在甘油选择性氢解制1,3-丙二醇反应中,所制催化剂表现出比Au-Pt/WO_x更好的催化活性,1,3-丙二醇时空收率为0.078 g_(1,3-PDO)/(g_(cat)·h),是后者的1.95倍.值得一提的是,Au-Pt/WO_x催化剂在低压时活性较高,而Pt/Au/WO_3催化剂活性则在压力的升高而提高;另外反应温度的升高导致副产物正丙醇的选择性上升,1,3-丙二醇的选择性降低.因此,适宜的反应条件为155 ℃和5 MPa.与Pt/WO_3和Pt/WO_x相比,Pt/Au/WO_3表现出了更优异的催化性能,其1,3-丙二醇的时空收率是Pt/WO_3的2.36倍和Pt/WO_x的4倍.为了探究Au的掺入对Pt/WO_x催化剂性能的影响,通过XRD,TEM,H_2-TPR和XPS等技术对催化剂进行了深入表征.结果表明,与Pt/WO_3相比,Pt/Au/WO_3-600催化剂的XRD衍射峰向小角度偏移,其原因是Au3+离子半径(0.85?比W6+的(0.60?大,Au~(3+)以取代晶格W~(6+)形式进入WO_3晶格中;对H_2-TPR前300 ℃耗氢量的计算可知:Pt/WO_3可被还原至Pt/WO_2.96,而Pt/Au/WO_3可被还原至Pt/Au/WO_2.91.因此与Pt/WO_3相比,Pt/Au/WO_3表面氧空位更加丰富.TEM和XPS表征可知,添加0.1wt%Au后,促进了更低价态的Pt均匀分散在WO_3载体上,其平均粒径为2.36 nm.综上所述,Au的掺杂改变了Pt/Au/WO_3双金属催化剂的结构,不仅降低了Pt和W的还原温度,削弱了Pt和W之间的相互作用,也促进了更低价态的Pt均匀分散于WO_3载体上,使得Pt/Au/WO_3双金属催化剂在甘油氢解制1,3-丙二醇反应中具有更为优异的活性和产物选择性.该催化剂有望被广泛运用于其他生物质平台化合物加氢脱氧的反应中.     

助剂对铂-钨催化剂体系催化氢解甘油制1,3-丙二醇性能的影响

甘油作为生物柴油产业的副产物大量过剩,通过甘油氢解制备具有高附加值的丙二醇既符合原子经济的原则,又具有重要的学术意义和应用价值.尤其是选择氢解制得1,3-丙二醇,因其产物在新型聚酯材料合成中不可替代的作用而备受关注,被认为是最具工业应用潜力的甘油转化工艺之一.目前,可高选择性制得1,3-丙二醇的催化剂体系主要是为铱-铼催化剂和铂-钨催化剂两类.前期工作表明,氧化钨担载的铂单原子/准单原子催化剂(Pt/WOx)具有优异的低压活性(1 MPa氢气)和1,3-丙二醇时空收率.然而在该温和条件下,催化产物仍然以过度氢解的产物正丙醇为主.一般来讲,引入助剂可以通过改变活性组分的电子结构、覆盖不利反应位点、调变载体表面化学性质等来改变催化剂的催化活性、选择性和稳定性.我们以单原子/准单原子催化剂Pt/WOx和担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3为催化剂母体,引入过渡金属和贵金属助剂,考察助剂对氢解反应活性和选择性的影响,并对比有无氧化铝载体时助剂对反应活性的影响.对于Pt/WOx体系,La和Fe的引入有助于甘油转化率和1,3-丙二醇选择性的提高,同时也明显地提高了催化剂的稳定性.其中0.1％ La是最佳引入量.然而,对于担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3,La的引入在提高1,3-丙二醇选择性的同时,甘油的转化率也有一定程度下降.但由于Pt/WOx/Al2O3催化剂的本征活性较高,通过加入助剂提高1,3-丙二醇的选择性在实际应用中更为重要.表征分析表明,无论对于Pt/WOx还是Pt/WOx/Al2O3催化剂,大部分的La都在Pt颗粒上;同时La的引入提高了催化剂的酸量.在贵金属助剂中,Ru,Ir改性的Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上,1,3-丙二醇的收率均有所降低,Ru助剂的降低幅度较小.相反,助剂Rh对Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上反应性能的影响截然不同:Rh/Pt/WOx催化剂上1,3-丙二醇的收率从13.1％降到8.7％,Rh/Pt/WOx/Al2O3的1,3-丙二醇收率从31.5％略升到32.4％.另外,由于前期研究表明助剂铝的担载顺序对催化活性有重要影响,因此我们对铂、钨、铝的担载顺序进行了考察.研究表明,在活性组分铂上担载铝或钨物种对催化活性有一定程度的抑制;催化剂体系中钨的含量直接影响甘油的转化率和产物的选择性;含量过少时,甘油转化率极低并以1,2-丙二醇为主要产物.虽然大部分助剂对铂-钨催化剂体系没有明显的促进作用,但是助剂的添加通常可以抑制活性组分的烧结、提高催化剂的稳定性;因此,我们筛选出的La,Fe,Re,Ru,Rh等助剂仍具有深入研究的价值和工业应用的潜力.     

Pt/Nb-WOx催化甘油选择氢解制1,3-丙二醇: Nb掺杂抑制WOx的过度还原

随着生物柴油产业的快速发展, 甘油作为副产物大量过剩, 通过甘油氢解制备具有高附加值的丙二醇既符合原子经济的原则, 又具有重要的学术研究意义和应用价值. 其中选择氢解制备1,3-丙二醇, 因其产物在新型聚酯材料合成中的重要应用而备受关注, 被认为是最具工业应用潜力的甘油转化工艺之一. 但是由于反应空间位阻效应和热力学上的限制, 甘油氢解制备1,3-丙二醇仍存在很大的挑战. 目前, 可高选择性制得1,3-丙二醇的催化剂体系主要是铱-铼催化剂和铂-钨催化剂两类; 且反应通常需要较苛刻的压力. 在我们的前期工作中, 单原子/准单原子Pt催化剂(Pt/WOx)成功突破了这一压力壁垒, 实现了在较低(1 MPa)氢气压力下优异的甘油选择氢解制1,3-丙二醇活性; 但是该催化剂的耐压性能较差, 是长期反应后失活的一个主要原因, 且随着氢气压力的进一步升高, Pt/WOx催化剂活性大幅下降. 研究发现, 在高压氢气下, 单原子/准单原子催化剂Pt/WOx中的WOx易被过度还原, 导致催化剂失活, 大大限制了该系列单原子催化剂在涉氢催化反应中的应用. 因此, 通过载体改性设计制备具有良好氢气稳定性的载体, 有可能拓宽催化反应的氢压窗口.一般来讲, 可以通过掺杂来改变载体的电子结构、表面化学性质等, 进而改变催化剂活性、选择性和稳定性. 为了提高单原子/准单原子催化剂(Pt/WOx)在高压氢气中的稳定性, 本文采用原位掺杂法制备了一系列具有不同掺杂量、结构、及物化性质的Nb-WOx载体, 并通过物理吸附, XRD, SEM, HRTEM, Raman, XPS对其进行表征. 结果发现Nb掺杂的介孔WOx仍保持较高的比表面积(~136 m2/g); 且当Nb掺杂量增加至2 wt%时, WOx由一维针状堆积转变为二维片状堆积;至5 wt%时,变为三维球状堆积. 以所得的Nb-WOx为载体, 我们制备了一系列Pt高度分散的Pt/Nb-WOx催化剂, 并考察了其在甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇反应中的催化性能. 结果表明, 当H2压力由1 MPa升到5 MPa后, Pt/WOx催化剂上1,3-丙二醇的收率由13.9%急剧下降到8.3%; 但随着Nb掺杂量的增加(>2wt%), 1,3-丙二醇的收率随压力升高并没有明显变化, 说明该催化剂在高压氢气下的过度还原被有效抑制, 反应的最佳氢气压力由1 MPa拓宽到5 MPa. 其中, Nb的最佳掺杂量为2 wt%, 在Pt/2%Nb-WOx催化剂上1 MPa甘油氢解转化率为40.0%, 1,3-丙二醇收率11.9%; 当氢气压力为5 MPa时, 甘油氢解转化率为40.3%, 1,3-丙二醇收率11.1%. 值得一提的是, 虽然Nb的掺杂使WOx的表面酸量增加, 并且表现出了更优的酸催化纤维二糖水解活性, 但是在甘油氢解制备1,3-丙二醇的反应中Pt/Nb-WOx催化剂的性能并没有得到提升反而略有下降, 进一步证实了催化剂本身的表面酸性位并不是催化甘油选择氢解的活性中心, 真正的活性中心很可能是氢气辅助下原位产生的B酸.对WOx载体进行Nb的掺杂改性, 显著提高了单原子/准单原子Pt/WOx催化剂在高压氢气反应条件下的稳定性, 进而在更宽压力范围内实现了甘油氢解制1,3-丙二醇的高效催化转化. 同时, 载体的改性也拓宽了该系列催化剂在其他涉氢反应中的应用范围, 尤其是需要较高氢气压力的反应.     

助剂对铂-钨催化剂体系催化氢解甘油制1,3-丙二醇性能的影响（英文）

甘油作为生物柴油产业的副产物大量过剩,通过甘油氢解制备具有高附加值的丙二醇既符合原子经济的原则,又具有重要的学术意义和应用价值.尤其是选择氢解制得1,3-丙二醇,因其产物在新型聚酯材料合成中不可替代的作用而备受关注,被认为是最具工业应用潜力的甘油转化工艺之一.目前,可高选择性制得1,3-丙二醇的催化剂体系主要是为铱-铼催化剂和铂-钨催化剂两类.前期工作表明,氧化钨担载的铂单原子/准单原子催化剂(Pt/WOx)具有优异的低压活性(1 MPa氢气)和1,3-丙二醇时空收率.然而在该温和条件下,催化产物仍然以过度氢解的产物正丙醇为主.一般来讲,引入助剂可以通过改变活性组分的电子结构、覆盖不利反应位点、调变载体表面化学性质等来改变催化剂的催化活性、选择性和稳定性.我们以单原子/准单原子催化剂Pt/WOx和担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3为催化剂母体,引入过渡金属和贵金属助剂,考察助剂对氢解反应活性和选择性的影响,并对比有无氧化铝载体时助剂对反应活性的影响.对于Pt/WOx体系,La和Fe的引入有助于甘油转化率和1,3-丙二醇选择性的提高,同时也明显地提高了催化剂的稳定性.其中0.1%La是最佳引入量.然而,对于担载型催化剂Pt/WOx/Al2O3,La的引入在提高1,3-丙二醇选择性的同时,甘油的转化率也有一定程度下降.但由于Pt/WOx/Al2O3催化剂的本征活性较高,通过加入助剂提高1,3-丙二醇的选择性在实际应用中更为重要.表征分析表明,无论对于Pt/WOx还是Pt/WOx/Al2O3催化剂,大部分的La都在Pt颗粒上;同时La的引入提高了催化剂的酸量.在贵金属助剂中,Ru,Ir改性的Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上,1,3-丙二醇的收率均有所降低,Ru助剂的降低幅度较小.相反,助剂Rh对Pt/WOx和Pt/WOx/Al2O3催化剂上反应性能的影响截然不同:Rh/Pt/WOx催化剂上1,3-丙二醇的收率从13.1%降到8.7%,Rh/Pt/WOx/Al2O3的1,3-丙二醇收率从31.5%略升到32.4%.另外,由于前期研究表明助剂铝的担载顺序对催化活性有重要影响,因此我们对铂、钨、铝的担载顺序进行了考察.研究表明,在活性组分铂上担载铝或钨物种对催化活性有一定程度的抑制;催化剂体系中钨的含量直接影响甘油的转化率和产物的选择性;含量过少时,甘油转化率极低并以1,2-丙二醇为主要产物.虽然大部分助剂对铂-钨催化剂体系没有明显的促进作用,但是助剂的添加通常可以抑制活性组分的烧结、提高催化剂的稳定性;因此,我们筛选出的La,Fe,Re,Ru,Rh等助剂仍具有深入研究的价值和工业应用的潜力.     

双金属催化剂选择氢解甘油定向制备1,3-丙二醇：活性位、构效关系及机理

1,3-丙二醇是聚酯工业中最重要的单体之一。以甘油为原料,通过催化转化制备得到1,3-丙二醇具有重要的应用价值。本文对近年来甘油氢解制1,3-丙二醇的关键双金属催化剂研究进展进行综述,着重介绍了高效且颇具工业应用前景的Pt-W催化体系。通过综述Pt-W体系中具有不同微观结构和化学环境的W物种与Pt之间的相互作用及Pt-W双位点催化甘油氢解的构效关系,总结了原位生成的B酸活性物种对催化活性、选择性和稳定性的影响,讨论了原位B酸的来源及催化机制,最后对甘油选择氢解制1,3-丙二醇的催化剂发展进行了展望。     

单原子催化剂活化氢气:Pt1/WOx催化氢解反应（英文）

单原子催化剂具有独特的结构位点,能最大化利用贵金属原子,在一系列化学转化反应中具有优异的活性和选择性.但单原子的稳定性是单原子催化剂应用的一个挑战,特别是还原气氛下单原子的稳定性,这极大地限制了单原子催化剂在加氢、脱氢和氢解反应中的应用.理解还原气氛下单原子的稳定机制和单原子催化剂活化氢气的反应机理对于扩大单原子催化剂的应用非常重要.Pt/WOx(2Pd>Au.氢气能在Pd和WOx界面非均相解离,而Au/WOx不能活化、解离氢气.我们进一步采用实验表征验证了DFT理论计算的结果.实验合成了WOx负载的Pt、Pd、Au三种催化剂,X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)结果表明,Pt能在WOx表面原子级分散和稳定,而Pd在WOx表面形成较小的纳米颗粒,Au形成较大的纳米颗粒.采用氢气化学吸附研究了三种催化剂对氢气的活化能力,结果表明三种催化剂的氢气活化能力顺序为Pt/WOx(137μmol/g-Pt)>Pd/WOx(43μmol/g-Pd)>>Au/WOx(4μmol/g-Au).将三种催化剂用于甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇的反应中,只有Pt/WOx催化剂对甘油氢解具有优异的活性和选择性.从而实验证实了氢气气氛下原位产生的Bronsted酸具有关键作用和Pt1/WOx催化剂具有双功能催化性质.我们的研究不仅解释了还原气氛下金属单原子在氧化物表面的稳定机理,而且对单原子催化剂活化解离氢气提供了新的认识.     

负载Pt-WOx催化剂上甘油选择氢解合成1, 3-丙二醇

甘油是重要的生物质基平台分子,可以从生物柴油生产过程中作为副产物大量获得。本文采用等容浸渍法,在氧化钛、三氧化二铝和氧化锆载体上制备一系列具有不同WO₃表面密度的负载Pt-WO_x催化剂,研究了它们在甘油选择氢解合成1, 3-丙二醇反应中的催化性能。实验结果表明,WO₃的表面密度显著影响这些催化剂的活性和1, 3-丙二醇选择性,它们均在1.5–2.0 W∙nm⁻²表面密度时表现出最优性能,表明分散的WO_x物种是影响Pt-WO_x催化剂性能的关键因素。通过原位红外CO吸附表征等方法发现Pt粒子与WO_x物种之间存在电荷转移和强相互作用,进而提高Pt-WO_x催化剂的甘油氢解转化为1, 3-丙二醇的活性。进一步比较甘油、1, 2-丙二醇和1, 3-丙二醇的氢解反应发现,1, 3-丙二醇的氢解速率常数低于甘油和1, 2-丙二醇,表明在Pt-WO_x催化剂上1, 3-丙二醇具有更高的反应稳定性,这跟Pt-WO_x催化剂具有较高的1, 3-丙二醇选择性相一致。结合氢气分压对甘油氢解活性表现出的火山型影响结果和在D₂/D₂O存在下,观察到的1, 3-丙二醇产物中仲碳与伯碳上的H原子数的比例(~1 : 2),我们推测在甘油氢解合成1, 3-丙二醇反应中,甘油首先在Pt-WO_x催化剂上脱氢生成甘油醛中间体,然后甘油醛进一步脱水和加氢转化为1, 3-丙二醇。     

Pt/WO3/ZrO2 催化甘油选择性脱羟基制 1,3-丙二醇反应的溶剂效应

 考察了不同溶剂中 Pt/WO3/ZrO2 催化剂催化甘油加氢制 1,3-丙二醇的反应性能. 结果表明, 质子溶剂乙醇和水有利于甘油转化为 1,3-丙二醇. 含有乙醇或水的二元混合溶剂表现出明显的溶剂组分协同效应, 使用混合溶剂时 1,3-丙二醇选择性超过使用单一溶剂, 而且混合溶剂的组成对反应性能影响很大.     

Pt/Nb-WO_x催化甘油选择氢解制1,3-丙二醇:Nb掺杂抑制WO_x的过度还原（英文）

随着生物柴油产业的快速发展,甘油作为副产物大量过剩,通过甘油氢解制备具有高附加值的丙二醇既符合原子经济的原则,又具有重要的学术研究意义和应用价值.其中选择氢解制备1,3-丙二醇,因其产物在新型聚酯材料合成中的重要应用而备受关注,被认为是最具工业应用潜力的甘油转化工艺之一.但是由于反应空间位阻效应和热力学上的限制,甘油氢解制备1,3-丙二醇仍存在很大的挑战.目前,可高选择性制得1,3-丙二醇的催化剂体系主要是铱–铼催化剂和铂–钨催化剂两类;且反应通常需要较苛刻的压力.在我们的前期工作中,单原子/准单原子Pt催化剂(Pt/WO_x)成功突破了这一压力壁垒,实现了在较低(1 MPa)氢气压力下优异的甘油选择氢解制1,3-丙二醇活性;但是该催化剂的耐压性能较差,是长期反应后失活的一个主要原因,且随着氢气压力的进一步升高,Pt/WO_x催化剂活性大幅下降.研究发现,在高压氢气下,单原子/准单原子催化剂Pt/WO_x中的WO_x易被过度还原,导致催化剂失活,大大限制了该系列单原子催化剂在涉氢催化反应中的应用.因此,通过载体改性设计制备具有良好氢气稳定性的载体,有可能拓宽催化反应的氢压窗口.一般来讲,可以通过掺杂来改变载体的电子结构、表面化学性质等,进而改变催化剂活性、选择性和稳定性.为了提高单原子/准单原子催化剂(Pt/WOx)在高压氢气中的稳定性,本文采用原位掺杂法制备了一系列具有不同掺杂量、结构、及物化性质的Nb-WOx载体,并通过物理吸附,XRD,SEM,HRTEM,Raman,XPS对其进行表征.结果发现Nb掺杂的介孔WO_x仍保持较高的比表面积(~136 m~2/g);且当Nb掺杂量增加至2 wt%时,WO_x由一维针状堆积转变为二维片状堆积;至5 wt%时,变为三维球状堆积.以所得的Nb-WO_x为载体,我们制备了一系列Pt高度分散的Pt/Nb-WO_x催化剂,并考察了其在甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇反应中的催化性能.结果表明,当H2压力由1 MPa升到5 MPa后,Pt/WO_x催化剂上1,3-丙二醇的收率由13.9%急剧下降到8.3%;但随着Nb掺杂量的增加(2wt%),1,3-丙二醇的收率随压力升高并没有明显变化,说明该催化剂在高压氢气下的过度还原被有效抑制,反应的最佳氢气压力由1 MPa拓宽到5 MPa.其中,Nb的最佳掺杂量为2 wt%,在Pt/2%Nb-WO_x催化剂上1 MPa甘油氢解转化率为40.0%,1,3-丙二醇收率11.9%;当氢气压力为5 MPa时,甘油氢解转化率为40.3%,1,3-丙二醇收率11.1%.值得一提的是,虽然Nb的掺杂使WO_x的表面酸量增加,并且表现出了更优的酸催化纤维二糖水解活性,但是在甘油氢解制备1,3-丙二醇的反应中Pt/Nb-WO_x催化剂的性能并没有得到提升反而略有下降,进一步证实了催化剂本身的表面酸性位并不是催化甘油选择氢解的活性中心,真正的活性中心很可能是氢气辅助下原位产生的B酸.对WO_x载体进行Nb的掺杂改性,显著提高了单原子/准单原子Pt/WO_x催化剂在高压氢气反应条件下的稳定性,进而在更宽压力范围内实现了甘油氢解制1,3-丙二醇的高效催化转化.同时,载体的改性也拓宽了该系列催化剂在其他涉氢反应中的应用范围,尤其是需要较高氢气压力的反应.     

W掺杂多级孔SiO2纳米球负载Pt用于催化甘油氢解制1,3-丙二醇

合成了原位W掺杂的多级孔SiO₂纳米球材料(W-HPSN), 系统考察了W-HPSN合成过程中短链醇类共溶剂(甲醇、乙醇、正丙醇)的加入对Pt/W-HPSN催化剂甘油氢解制1,3-丙二醇(1,3-PDO)性能的影响. 与仅以水为溶剂合成的材料制备的Pt/W-HPSN-H₂O催化剂相比, 加入醇类共溶剂后, 催化剂的比表面积均有不同程度的增大, 并在除1.4 nm的微孔和>2 nm的介孔以外, 在1.7 nm处出现了新的微孔结构. 在甘油氢解反应中, 加入醇类共溶剂合成的材料制备的催化剂的催化性能也更高. 在最佳的以甲醇作为共溶剂合成的Pt/W-HPSN-Me催化剂上, 甘油转化率和1,3-PDO选择性分别为88.8%和56.3%, 而Pt/W-HPSN-H₂O催化剂上二者分别为64.1%和40.7%. 根据表征结果, 推测更小的Pt粒径、更多原位产生的Brønsted酸位, 有利于提高Pt/W-HPSN催化剂的催化性能. 通过对W-HPSN-Me的组成进行优化, 发现当W/Si物质的量比为1/320时, Pt/W-HPSN-Me催化剂在423 K、氢气压力4 MPa、反应时间仅为12 h的反应条件下, 甘油转化率和1,3-PDO选择性进一步提高至98.7%和58.8%, 1,3-PDO得率可达58.0%, 展示了HPSN材料作为甘油选择氢解制1,3-PDO催化剂载体的良好应用前景.     

介孔氧化钨担载Pt催化剂上甘油氢解制备1,3-丙二醇

采用蒸发诱导自组装法制备了介孔氧化钨(m-WO3),担载Pt后应用于催化甘油氢解制1,3-丙二醇.结果表明,与商业氧化钨(c-WO3)相比,m-WO3具有高比表面积和易还原的优点,从而使得Pt纳米粒子高度分散于其上.在180oC和5.5MPaH2下反应12h,Pt/m-WO3催化剂上甘油转化率和1,3-丙二醇的选择性分别为18.0%和39.2%,明显高于Pt/c-WO3催化剂.     

生物基甘油氢解合成1,3-丙二醇催化剂的研究进展

1,3-丙二醇（1,3-PDO）作为聚酯单体原料有广阔的市场空间,在化妆品和医药等领域也被广泛应用.由生物基甘油选择氢解一步法合成1,3-PDO工艺被认为是一条绿色环保和高经济性的技术路线.我们在这里主要介绍了甘油氢解制备1,3-PDO催化剂的研究进展,对催化剂类型、催化剂的合成方法和工艺条件进行了归类总结;分析了多种催化剂体系的甘油氢解反应机理,指出了该反应工业化过程中存在的一些问题,并展望了今后的研究发展方向.     

Hydrogenolysis of glycerol to propanediols over heteropolyacids promoted AgCu/Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> catalysts

Various amounts and different types of heteropolyacids promoted 5Ag15Cu/Al₂O₃ catalysts were prepared by impregnation method and analyzed through many techniques. The synthesized catalysts were evaluated for hydrogenolysis of glycerol to propanediols. The results demonstrated that heteropolyacids loading facilitated the reduction, promoted the dispersion, enhanced the acidity, and increased Broensted acid sites of the AgCu catalysts, which benefited the generation of 1,3-propanediol. Compared with phosphotungstic acid and phosphomolybdic acid, silicotungstic acid promoted AgCu catalyst had a better performance for 1,3-propanediol due to the better Cu dispersion and higher Broensted acidity. In addition, when the reaction was performed at 220 °C under 3.5 MPa for 8 h, the chosen 5Ag15Cu-10HSiW/Al₂O₃ achieved a 69.6% glycerol conversion with 35.6% 1,2-propanediol selectivity and 21.5% 1,3-propanediol selectivity.     

Hydrogenolysis of glycerol to propanediols over supported Ag–Cu catalysts

Hydrogenolysis of glycerol to 1,2-propanediol and 1,3-propanediol has significant scientific importance and commercial interest due to the huge surplus of glycerol and the various application of propanediols. A series of supported Ag–Cu catalysts synthesized by impregnation method were studied for hydrogenolysis of glycerol to propanediols. The catalysts were characterized by H₂-TPR, NH₃-TPD, XRD, BET, N₂O chemisorption, TG, ICP and SEM. It was observed that the loading of 5% Ag–Cu-based catalysts facilitated the reduction, surface acidity and dispersion of the Cu particles, which improved the conversion of glycerol and promoted the generation of propanediols. It was also found that when loading Ag and Cu simultaneously on Al₂O₃, the catalyst had a better performance for the reaction because of the higher acidity, dispersion and surface area of the Cu species on the catalyst surface. In addition, effects of metal concentrations, metal impregnation sequence, reaction temperature, reaction pressure, reaction time, solvent and pH value of the solution on glycerol hydrogenolysis together with the recyclability of catalyst were investigated in detail. The optimal 5Ag–15Cu/Al₂O₃ achieved 66.4% glycerol conversion with 68.2% 1,2-propanediol and 3.1% 1,3-propanediol selectivity at 200 °C under 3.5 MPa in ethanol for 8 h.     

Co-Al催化剂在环氧丙醇加氢制备1,3-丙二醇中的应用

以Co-Al水滑石为前驱体，经高温焙烧和H₂还原得到了系列可用于环氧丙醇加氢制备1，3-丙二醇（1，3-PDO）的Co_x/Al₂O₃催化剂.研究结果表明，Co₂/Al₂O₃催化剂具有最好的活性、产物选择性及良好的稳定性，在80℃，2 MPa H₂下反应5 h后，环氧丙醇的转化率为99.8%，1，3-PDO的收率高达68.0%；不仅高于采用相同方法制备的Ni₂/Al₂O₃和Cu₂/Al₂O₃催化剂，也高于Al₂O₃负载的Pt，Pd和Ru催化剂.研究发现活性中心Co与Al₂O₃载体的酸性位点之间的协同作用可能是影响催化剂的活性及1，3-PDO选择性的重要因素.     

Thermodynamics of glycerol hydrogenolysis to propanediols over supported copper clusters: Insights from first-principles study

Copper catalysts supported on metal oxides display unique efficiency and selectivity in catalyzing glycerol hydrogenolysis to propanediols. Understanding the reaction at the molecular level is the key to rational design of better catalysts for propanediol synthesis, which is one of the major challenges for glycerol application in energy. In this work, extensive calculations based on periodic density functional theory were carried out to study thermodynamics of glycerol hydrogenolysis over binary model catalysts, including Cu/ZrO₂ and Cu/MgO, with the focus to elucidate the competitive reaction pathways to produce the 1,2-propanediol (1,2-PDO) and 1,3-propanediol (1,3-PDO). Our results suggest that the reaction starts with glycerol dehydration on the metal oxide, followed by sequential hydrogenation over metal centers. Based on our explorations on the stabilities of adsorbed reactants, dehydrated intermediates and hydrogenated species along the reaction channels, the DFT calculations show that the 1,2-PDO formation will dominate in comparison to the 1,3-PDO from thermodynamic viewpoint. This is consistent with our experiments where the Cu catalysts seem to give the 1,2-PDO as a main product. The calculations and experiments also indicate that the Cu/MgO exhibits superior activities than Cu/ZrO₂ for the hydrogenolysis of glycerol molecules.     

甲醇在Pt/C和Pt/WO_3/C电极上的电氧化

用液相还原法制备碳载Pt(Pt/C)和碳载Pt/WO3(Pt/WO3/C)催化剂.实验表明该催化剂中加入一定量的WO3后,其对甲醇的催化氧化活性和稳定性都有一定提高,并以Pt、W原子比为1∶1的催化剂性能最好.这是由于Pt催化剂中加入了WO3后,其电化学活性比表面积增大,并且降低了对CO吸附强度.