担载液相催化剂的研究——Ⅳ.催化剂的原位红外光谱表征

本文利用原位红外光谱方法对铑基担载液相催化剂(SLPC)在接近于实际反应条件下进行了表征。结果表明,新鲜催化剂上,铑膦络合物主要以二聚物的形式存在,如Rh_2(CO)_2(PPh_3)_4而在合成气或反应气氛中,催化剂铑膦络合物以单核络合物HRh(CO)_2(PPh_3)_2的形式存在。文中还对SLPC在CO,H_2,C_2-H_4,空气和HCl中处理时铑络合物种的变化进行了原位观察。实验结果表明,SLPC上活性铑络合物与对应的均相过程完全一致,进一步证实了SLPC催化在微观上就是一个均相催化过程。     

担载的铂钴异核金属簇络合物催化剂的红外光谱研究

采用原位红外光谱技术研究了担载于TiO_2、SiO_2和Al_2O_3上的Pt_2Co_2(μ-CO)_3(CO)_5(PPh_3)_2异核金属簇络合物在真空和空气中的脱羰基作用,结构变化过程及由此制得的分散型金属催化剂上CO的吸附态.结果表明,该金属簇络合物在担载后其结构没有发生明显变化.担载在TiO_2上的络合物在真空中加热时,随温度升高逐渐脱去羰基,其中桥羰基更易脱去,在100℃时便完全脱除,而端羰基在200℃时才完全脱除.样品完全脱羰基后可成为具有吸附CO能力的分散型铂金属催化剂,吸附的CO以线式存在,而且在真空中可逆吸附.     

介绍几种简便的制备水合氯化铑(RhCl_3·3H_2O)的方法

许多金属铑的络合物,如Wilkinson催化剂——RhCl(PPh_2)_3、Rh_2Cl_2(CO)_4、RhH(CO)(PPh_3)_3,等都是重要的有机反应(醛化反应、羰基化反应和加氢反应等)的有效催化剂,而水合氯化铑则是制备各种铑络合物的理想起始物质。因为金属铑不溶于沸腾的王水,而由氯气直接与金属铑在高温下反应得到的无水氯化铑不溶于水及无机酸从而无法利用,所以水合氯化铑     

化学键联固相化催化剂的研究 Ⅱ.硅胶担载铑-膦系催化剂的合成和醛化活性

以膦化硅烷作桥联剂,硅胶作载体,用四种方法合成了化学键联固相化的RhCl(CO)(PPh_3)_2络合物催化剂。实验表明,以[RhCl(CO)_2]_2作原料,用先键联后络合法合成的催化荆(编号ⅡA)活性最高,在温度为110℃、压力为40kg/cm~2、合成气H_2/CO=1,液体空速(LHSV)为31/l.hr时,己烯-1醛化转化率为95.7%,庚醛选择性为100%。用ⅡA催化剂进行了温度、压力、空速和H_2/CO比等变量对上述反应活性的影响实验。并在较佳条件下(即110℃,40kg/cm~2),用己烯-1进行了205小时的寿命实验,实验过程中活性基本不下降,转化率一般在93%以上,选择性在95%以上,铑流失低于0.4ppm(液相产物中之浓度),此结果比用同系均相催化剂还好。计算了催化剂单位表面铑原子数、膦原子数以及其它表面性质,从而推导出催化剂的表面结构。     

担载于Al2O3和TiO2上的Pt3(CO)3(PPh3)4络合物热分解过程中的结构变化

用电子自旋共振、紫外漫反射谱、红外光谱和程序升温分解等法研究了Al_2O_3和TiO_2担载的Pt_3(CO)_3(PPh_3)_4络合物的表面结构和在真空及CO中的热分解。当络合物担载于Al_2O_3上时,其桥羰基和Pt—Pt骨架未发生明显变化,ESR谱表明络合物的一个PPh_3基被Al_2O_3表面的化学基团取代,形成了Pt_3(CO)_3(PPh_3)_3(B)(B=—O—Al或HO—Al)。在真空或CO中,表面络合物随温度升高而逐渐脱去羰基,分别出现相当于Pt(CO)_2(PPh_3)(B)和Pt(CO)(PPh_3)(B)_2的碳基吸收带。当络合物担载于TiO_2上时,在真空、CO或氦中升温时,结合物均发生分解而分别形成相当于Pt_3(CO)_3(PPh_3)_3(B),Pt(CO)(PPh_3)(B),Pt(CO)(PPh_3)(B)_2和Pt(PPh_3)(B)_2表面络合物。     

担载的NaRuCo_3(CO)_(12)络合物及其分散型Ru-Co双金属催化剂

担载于Al_2O_3上的NaRuCO_3(CO)_(12)络合物在IR光谱上出现类似于Ru(CO)_2O_2络合物特征带的羰基带,在300～400℃左右变强,在CO中尤为明显。在以ZrO_2为载体时出现与原来络合物相近的弱羰基带。当CO吸附于以Al_2O_3为载体的脱羰基催化剂上时,发现在氧化态催化剂上也出现了与担载络合物相似的吸收带,在还原态催化剂上只出现线式带。吸附于以ZrO_2为载体的脱羰基催化剂上的CO不出现CO的IR吸收带,在He中亦无TPD脱附物,在H_2中却可发生加氢反应生成CH_4。从Na~+和ZrO_2协同效应角度,探讨了CO在上述两种分散型催化剂上吸脱附行为不同的原因。     

由担载 Pt_3(CO)_3(PPh_3)_4络合物制备的Pt催化剂表面性质的研究

本文以CO为探针,采用红外光谱、电子自旋共振谱、化学吸附及其程序升温脱附等方法,研究了由担载于Al_2O_3和TiO_2上的Pt_3(CO)_3(PPh_3)_4络合物制成的分散型Pt 催化剂的表面性质和金属与载体间的相互作用。实验结果表明,由Pt_3(CO)_(PPh_3)_4/Al_2O_3表面络合物在真空中脱羰基后所得Pt催化剂吸附CO的IR谱带位于1800cm~(-1),2010cm~(-1)左右,分别对应于桥式(B-)和线式(L-)CO吸附态,B/L值与由无机酸制备之催化剂相比较大。当催化剂经过氧化-还原处理后,由于吸附CO 的B/L 值减小而与无机酸制得之催化剂相近。与此相反,对以TiO_2为载体的催化剂,不论在真空抑或CO中脱羰基时,吸附CO的IR谱不出现桥式态。IR与CO化学吸附量测定结果还表明,由TiO_2为载体的Pt催化剂随氢还原温度之升高CO化学吸附量减少,相应地其CO IR谱带强度逐渐减弱并向低波数方向位移,相应的TPD峰位置却向高温方向位移。     

硅胶担载四核羰基钴催化剂的EXAFS和IR研究

本文以透射法EXAFS和IR等手段研究了四核羰基钴金属簇Co_4(CO)_(10)(PPh)_2担载在SiO_2上以后及用于烯烃醛化反应前后的变化,确定了相应的结构参数并探讨了催化活性与结构的关系。     

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。     

氧化物担载Ni（C5H5）2衍生催化剂的EXAFS表征

本文以二茂镍为母体化合物,以氧化铝和氧化硅为担体制备了担载镍催化剂。为了表征其结构特点,对这些催化剂热分解处理前后的样品在日本筑波高能物理研究所(Photon-Factory)的同步辐射加速器BL—10B EXAFS实验站进行了外延x-光精细结构谱测定(透射法)。以单散射球面波理论对实验结果进行了多参数拟合,同时对母体化合物也进行了平行测定和拟合,以验证数据及拟合方法的可靠性。研究结果表明,母体化合物的EXAFS结果与文献XRD相一致;母体化合物与担体表面发生了强烈的化学作用;镍组分在催化剂表面高度分散,氧化铝与Ni(C_5H_5)_2有更强的相互作用形成。Ni[(O)_s]_n(n≈4),近一半的镍原子周围有0.30 nm处的镍原子散射;氧化硅上除Ni[(CO)_s]_n(n≈3)外,在0.30 nm处有配位数为2的非成键Ni原子。     

担载四核羰基簇——FeCo_3(CO)_11PPh_3~-在聚苯乙烯表面簇骼畸变的EXAFS研究

通过配体取代将四核羰基簇FeCo_3(CO)_(12)~-锚联在膦化的聚苯乙烯表面,获得担载簇FeCo(?)(CO)_(11)PPh_3~-/poly,目的在于使簇骼结构偏离较高对称性.以考察锚联过程对簇结构的影响.本文以EXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)方法研究了担载样品的结构.结果显示担载簇与FeCo_3(CO)_(11)PPh_3~-晶体具有相同的结构模式,尤其是膦配体确实与一Co原子相连接.EXAFS结果表明:(1)与FoCo_3(CO)_(12)~-(其簇骼具有三重对称性结构)比较,锚联使Co—Fe键增长0.005nm;金属-金属及金属-桥联碳壳层的Debye-Waller因子均增大约一倍而金属-端联碳壳层的值变化很小.说明金属-金属间实际键长值具有一较宽分布,因而其簇骼已偏离了三重对称结构;(2)与FeCo_3(CO)_(11)PPh_3~-晶体的结构比较.Co—Fe键长长0.003nm.而Co—Co键长则短约0.002nm.考虑到EXAFS分析只能给出平均键长值,因此认为,存在于FeCo_3(CO)_(11)PPh_3~-晶体中的由于一个羰基被膦配体取代而引起的簇骼畸变,在锚联后被加剧.     

铑膦络合物催化丙烯醛化反应机理的研究

应用原位红外光谱,研究了以正丁醛为溶剂的丙烯醛化反应过程,采用反应气逐个引入的方法,当催化剂母体活化生成活性组分HRh(CO)_2(PPh_3)_2 后.检测到它与丙烯配位后生成的烷基物C_3H_7Rh(CO)_2(PPh_3)_2;引入CO后.可检测出生成的酰基物(C_3H_7CO)Rh(CO)_2(PPh_3)_2;并证明.酰基物可与H_2发生氧化加成和还原消除反应.因而生成正丁醛与异丁醛,同时.催化剂恢复其活性组分.实验证明.该过程可反复进行.由此.初步验证了铑膦络合物催化丙烯醛化反应的缔合型反应机理;实验结果也支持体系中存在另一种解离(CO)机理的观点.     

含氮氧阴离子螯合配体的铑络合物的常压氢甲酰化催化性能

铑膦络合物是最常用的烯烃氢甲酰化反应的催化剂,目前改进这类催化剂的活性和选择性大多从选用新型膦配体着手,而很少研究改变铑络合物本身的配位环境.Rh(acac)(CO)_2等一价铑络合物是人们熟知的氢甲酰化催化剂,而类似结构的Rh(ON)(CO)_2型络合物(ON为氮氧阴离子配体)催化剂则尚未见报道.本文研究了Rh(ON)(CO)_2与膦配体组成的体系在常压下对烯烃氢甲酰化反应的催化作用.所用三种Rh(ON)(CO)_2型络合物的结构如下:     

担载Ni2（C5H5）2（CO）2催化剂的EXAFS表征

以Ni_2Cp_2(CO)_2(Cp=C_5H_5)为催化剂母体化合物,γ-Al_2O_3,SiO_2为担体制备了担载型镍催化剂,对母体化合物及热分解处理前后的催化剂样品在同步辐射装置上进行了外延X-光精细结构(Extended X-ray Absorpdon Fine Structure)测定,以先进的球面波理论对实验结果进行拟合,标样拟合结果与文献XRD完全一致。催化剂的EXAFS表征结果表明,母体化合物与氧化物担体表面发生了较强的化学作用,镍组分具有较高的分散度,镍在氧化硅表面存在Ni[(O)_8]_n,Ni—Ni两种配位,而在氧化铝表面几乎只存在Ni[(O)s)_n配位,催化剂上Ni—Ni键长比母体化合物Ni—Ni键长增加0.01nm左右,Ni—Ni键的伸长及其配位状态可能对其催化行为有重要影响。     

负载铑原子簇催化剂的一氧化碳加氢反应

本文报导Rh_4(CO)_(12)/SiO_2催化剂的CO加氢反应及锰,锂的助剂作用。同传统的RhCl_3/SiO_2相比,负载原子簇催化剂具有更好的反应活性。锰促进了CO转化率提高一个数量级以上。锂降低了CO加氢活性。Rh_4(CO)_(12)-MnCl_2-LiCl/SiO_2催化剂既保持高的反应活性,又提高了C_2-含氧化物选择性。XPS和IR谱表明,锰稳定了低氧化态铑离子并通过与铑的联合作用,促进对CO分子的活化,因此改善了催化剂反应性能。ESR揭示了在Rh_4(CO)_(12)-MnCl_2/SiO_2中铑、锰的相互作用,初步地讨论了与此有关的CO加氢反应机理。     

反应条件对固相合成负载羰基铑原子簇催化剂及其性能的影响

本文报告了由金属盐直接固相合成负载铑络合物或原子簇催化剂的新方法及IR谱表征。CO容易使表面吸附有水分子的RhCl_3/SiO_2还原并生成表面羰基物Rh~+-(CO)_2/SiO_2;CO、CO/H_2和CO/2H_2等不同还原气对表面络合物的生成没有影响。采用H_2还原只能得到金属Rh催化剂。水是重要影响因素,如果RhCl_3/SiO_2先抽空脱水,再用含水的CO还原,就会使Rh~+(CO)_2/SiO_2转化为Rh_6(CO)_(16)/SiO_2。此外,还考察了负载原子簇的CO加氢和热分解反应性能。采用CO还原RhCl_3/SiO_2制备的催化剂同负载原子簇催化剂的反应行为非常相近,而且比传统催化剂具有更高的反应活性。     

担载三核羰基钴簇的合成,表征和烯烃氢甲酰化反应

通过配体交换反应合成了膦化硅胶担载的羰基钴簇配合物(Si)—PPh_2[BrCCo_3(CO)_(9-2)],用IR、XPS和DPS对其结构进行了表征,并测得了担载簇配合物的金属含量,研究了担载簇(Si)—PPh_2[BrCCo_3(CO)_(9-2)]在烯烃氢甲酰化反应中的催化活性.结果表明,担载的三核羰基钴簇可达到与均相三核钴簇基本一致的反应活性,在一定的反应条件下,烯烃转化率和醇醛收率均在85％以上,有很少量的加氢产物生成。     

担载金属簇催化剂的研究

合成了以硅胶、聚苯乙烯和NaY分子筛为载体的YCCo_3(CO)_9担载簇和以聚苯乙烯和聚冠醚为载体的Co_4(CO)_(10)(pph)_2担载金属簇催化剂。测试了这些担载催化剂的红外光谱,并对四核钴簇进行了电子能谱的研究。考察了这些催化剂对烯烃醛化反应的催化性能。四核钴簇高分子催化剂的催化活性高于均相,选择性也有提高。分子筛锁笼催化剂提高了产物的正异构比。     

铑羰基簇负载型催化剂制备过程中应用XPS技术跟踪测定

应用XPS技术对Rh_4(CO)_(12)/γ-Al_2O_3和Rh_2(CO)_4Cl_2/γ-Al_2O_3催化剂制备过程中,催化剂表面Rh物种变化进行了跟踪测定,这些过程包括铑簇羰基络合物、负载、脱羰、氢还原。实验表明铑的表面活性物种在脱羰后即已形成,对Rh_2(CO)_4Cl_2/γ-Al_2O_3和Rh_4(CO)_(12)/γ-Al-_2O_3而言,它们分别是Rh~0及Rh~+氧化物种。文中讨论了脱羰的可能机理,数据表明,用H_2在较大温度范围内作还原处理,催化剂仍保持稳定的高分散度和表面活性物种结构。     

负载型铑羰基簇催化剂对二氧化碳甲烷化催化性能的研究

利用Rh_4(CO)_(12)制备了负载于γ-Al_2O_3的金属催化剂,考察了它对二氧化碳加氢甲烷化反应的催化活性,并与由RhCl_3制得的催化剂进行比较,发现由铑羰基簇制得的催化剂有较高的催化活性,存在着明显的簇效应.利用小角X-射线衍射分析了催化剂表面的铑粒子分布状态,结果表明,由Rh_4(CO)_(12)制得的催化剂其载体表面金属铑原子有较大的聚集度,且这种聚集度的适当增大对应着铑CO_2甲烷化产率的相应提高,为簇效应的存在提供了佐证.