载体硫酸化对柴油机尾气催化剂Pt/Ce-Zr活性和稳定性的影响（英文）

近年来,随着大气环境污染问题日益严重,汽车尾气排放受到政府越来越严苛的控制.柴油车排气成分主要包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)、微粒(PM)和二氧化硫(SO_2),因此常用的尾气后处理系统有颗粒捕获器(DPF)、氧化型催化转换器(DOC)以及NO_x选择还原系统(SCR),在处理尾气时三者联合使用.其中柴油机氧化型催化剂(DOC)是汽车尾气后处理装置的重要组成部分,主要用于氧化CO,HC和NO,可以将CO和HC氧化成无害的CO_2和H_2O,将NO氧化成NO_2,为后续SCR反应提供条件.柴油机排气温度一般较低(150–400°C),特别是在冷启动阶段,排气温度可降低到100°C左右,要求催化剂具有良好的低温催化活性.此外,由于柴油中存在少量含硫有机化合物,经过燃烧分解,使得柴油机尾气中含有少量SO_2,对催化剂又有钝化作用,因此催化剂的抗硫性也是需要关注的重点.本文采用浸渍法制备Pt/Ce-Zr-SO_4~(2-)催化剂,考察了催化剂载体硫酸化以及Pt和H_2SO_4的负载顺序对催化剂催化氧化C_3H_6和CO的活性及抗硫性的影响,并且对Pt/Ce-Zr-SO_4~(2-)催化剂进行了一系列表征,探究其物理化学性质.结果表明,SO_4~(2-)的添加能有效提高催化剂活性.Pt/CZ-10S对C_3H_6和CO的T90(转化率为90%时的温度)相较于Pt/CZ催化剂降低了约75°C,另外,Pt/CZ-10S催化剂也表现出较好的抗硫稳定性,在含硫尾气中240°C反应20 h后,其对C_3H_6和CO的转化率仍保持在95%以上.CO-TPD和XPS分析结果显示,Ce-Zr-SO_4~(2-)载体上Pt的分散度增加,增加的Pt颗粒可以产生更多新的活性位点(Pt~(+)-(SO_4~(2-))~(-) couples),从而表现出优异的催化活性.此外,硫酸化后催化剂表面酸性的变化也是其抗硫性能提高的原因.     

催化型DPF对车用柴油机气态污染物的影响研究

基于催化器小样评价测试仪对催化型颗粒捕集器CDPF小样进行活性评价,再结合柴油机台架性能测试,采用AVL(Systemforemissionsamplingandmeasurement,SESAM)FT-IR傅里叶变换红外光谱仪对全尺寸CDPF进行柴油机气态污染物影响研究,综合分析不同催化剂的CDPF对柴油机排放(二次气溶胶)气态前体物的影响。结果表明,随贵金属含量的增加,CDPF小样对CO、C3H8的起燃温度t50依次降低。相同物种起燃温度因相同比例贵金属的剂量不同而异。在高温时,催化剂中贵金属含量、价态以及混合气组分协同作用对C3H8转换效率影响明显;在柴油机台架性能实验中,全尺寸CDPF对CO、THC具有更低的起燃温度。在适度反应温度范围内,增加Pt负载量会促进NO氧化,Pd多以氧化态PdO存在促进NO的氧化,并且PdO还原成的Pd会促进催化剂热稳定性。NO氧化生成NO2的过程受到NO2浓度的抑制,同时也受柴油机排气中氧浓度的影响。在Pt、Pd和Rh同在的催化剂中,Pd含量较低的CDPF对SO2的吸附量较大,但随温度升高,助剂中CeO2促进SO2脱附,使CDPF具有一定的抗硫性。     

Pt/MOx-SiO2 (M=Ce,Zr, Al)催化剂对CO和C3H8氧化性能的影响

采用共沉淀法制备质量比为1:1的MOx-SiO2(M=Ce,Zr,Al)复合氧化物,以此为载体采用浸渍法制备了铂基氧化型催化剂.考察了该系列催化剂在模拟柴油车尾气条件下,经SO2硫化前后对C3H8和CO的氧化性能.用X射线衍射(XRD)、低温N2吸附-脱附、氨气/氧气/二氧化碳程序升温脱附(NH3/O2/CO2-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征.NH3-TPD证实催化剂表面存在多种酸中心,硫化后催化剂表面中强酸中心增多.O2-TPD证实催化剂表面存在α和β氧物种,硫化后催化剂表面氧脱附量减少.其中Pt/Al2O3-SiO2表面酸性最弱和表面氧脱附量最大.XPS结果表明新鲜催化剂经硫化后会使催化剂表面Pt的结合能降低.活性测试结果表明,三种催化剂对CO和C3H8的催化氧化活性均较好,其中Pt/ZrO2-SiO2抗SO2中毒性能最佳,具有良好的应用前景.     

焙烧温度对柴油车氧化催化剂Pt-Pd-（x）ZrO2/Ce0.3Zr0.7O2-Al2O3性能的影响

制备了氧化铝、铈锆固溶体复合氧化物负载铂、钯的双金属催化剂Pt-Pd/ Ce0.3Zr0.7O2-Al2O3,并添加3% ZrO2助剂改性,用于柴油车尾气中CO、HC和NO的催化氧化,其中贵金属负载量仅为0.68 wt%。考察了制备过程中焙烧温度对催化剂性能的影响。催化剂活性评价结果表明,与未添加ZrO2的催化剂比较。添加ZrO2明显提高了催化剂的低温氧化活性,而且焙烧温度对催化剂的氧化性能有较大影响。焙烧温度为800 ?C时,CO和C3H6的起燃温度最低,分别为168、189 ?C,焙烧温度为700 ?C时,NO转化为NO2的转化率最高,最大转化率为36%,具有较好的热稳定性。通过XRD、N2吸附-脱附、CO化学吸附、XPS、H2-TPR等表征手段考察了催化剂物理化学性质随焙烧温度的变化情况,并分析了与催化剂活性之间的关系,得到贵金属分散度、表面化学吸附氧含量、催化剂的还原性质对氧化性能有重要影响,发挥协同作用。进而可以通过优化焙烧温度提升柴油车氧化催化剂性能,对提高工业应用柴油车尾气后处理系统的净化效率有重要意义。     

柴油尾气DOC催化剂Pt-Pd/CeO2的活性和抗硫性

采用浸渍法制备了不同Pt、Pd比例的Pt-Pd/CeO₂催化剂,考察了其催化氧化模拟柴油车尾气的活性,并测试了抗硫性。活性测试结果表明,Pt、Pd协同降低了催化剂的起燃温度,其比例对催化剂性能影响很大,其中,Pt_0.2Pd_0.8/CeO₂催化剂在模拟柴油车尾气(丙烯(C₃H₆)、一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO))中的催化活性最高;C₃H₆的t₅₀降到170℃,CO的t₅₀降到了150℃,显示了良好的Pt、Pd协同效应;H₂-TPR表征和抗硫性结果分析表明,高比例Pt/Pd催化剂具有更多的表面活性氧,其相对数值与催化剂抗硫性能的关联度高,在催化剂硫酸盐中毒的条件下,更有利于催化反应的进行。     

Sn（Ⅱ）／Sn（Ⅳ）对PtSn／C乙醇电化学氧化活性的影响

在乙二醇共还原H2PtCl6和SnCl2的过程中加入Ni(NO3)2作为助剂制备了PtSn/C-Ni催化剂. 程序升温还原实验检测到该催化剂中存在Sn(Ⅱ)/Sn(Ⅳ)氧化还原电对. 线性扫描、单电池性能测试和CO溶出实验表明,提高催化剂中Sn(Ⅱ)/Sn(Ⅳ)的比值能显著提高催化剂的乙醇电化学氧化活性和抗CO中毒能力. 催化剂电催化活性提高的原因可能是Sn(Ⅱ)/Sn(Ⅳ)电对加快了(OH)ads 物种在催化剂中的传递速率,促进了乙醇电化学氧化过程中产生的类CO中间物种在Pt表面的氧化.     

Pt-CeO2/SiO2催化剂用于室温湿空气中CO氧化反应

开发室温CO氧化催化剂的主要挑战是CO自中毒和慢的表面动力学,同时湿气的存在也可导致催化剂失活.本文开发了高活性CeO2促进的Pt基催化剂4%Pt-12%CeO2/SiO2,用于室温湿气(湿度10%?90%,25°C)中CO氧化反应,在低CO浓度(<500 ppm)和高CO浓度(>2500 ppm)时,CO转化率高于99%.优化了催化剂制备变量,如Pt和CeO2负载量、CeO2沉积方法、CeO2和Pt前驱体的干燥和焙烧条件.采用CO/H2化学吸附、O2-H2滴定、X射线衍射和BET比表面积测定表征了催化剂的表面特性,并将其与催化剂活性相关联.结果表明,CeO2沉积方法对催化剂活性影响显著,当用浸渍法沉积CeO2时,所得催化剂的反应速率(5.77μmol/g/s)比用沉积沉淀法(1.96μmol g?1 s?1)或CeO2嫁接法(1.31μmol g?1 s?1)制得催化剂的高3倍.O2-H2滴定结果表明,当用浸渍法沉积CeO2时,CeO2和Pt的紧密结合导致了催化剂的高活性.催化剂载体的选择也非常重要,硅胶负载的催化剂活性(5.77μmol g?1 s?1)是氧化铝负载的(1.05μmol g?1 s?1)5倍.当反应受内扩散控制时,催化剂载体的粒径和孔结构影响非常大.另外,CeO2和Pt前驱体的干燥和焙烧条件对催化剂活性的影响至关重要.当Pt和CeO2含量分别大于2.5和15 wt%时,所得催化剂在室温条件下活性高(TOF>0.02 s?1),稳定性好(反应15 h,CO转化率≥99%).     

NaA分子筛膜催化剂上CO和C2H4混合气的选择性氧化反应

采用二次水热法,在Pt/Al2O3球形催化剂颗粒上合成了致密的NaA分子筛膜.分别以X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的分子筛膜催化剂结构及形貌进行表征,结果显示经二次合成的Pt/Al2O3球形催化剂颗粒上均匀地覆盖一层致密、均一的NaA分子筛膜,膜的厚度约为20 μm.将合成的NaA分子筛膜催化剂用于CO和C2H4混合气氧化反应,考察了催化剂表面分子筛膜对反应物分子的选择性,在最优条件下,CO对C2H4的氧化反应选择性始终维持在96%.这种复合膜催化剂可用于选择性除去C2H4,原料气中的CO.     

Pt/C催化剂的硅钼酸电化学修饰

通过电化学循环伏安法将硅钼酸修饰到Pt/C催化剂表面, 比较了硅钼酸修饰对Pt/C催化剂上CO、甲醇及乙醇电氧化反应的影响. CO消除伏安测试结果表明, 用硅钼酸修饰后的Pt/C催化剂上吸附的CO的起始氧化电势和峰电势, 与修饰前相比分别降低了80和60 mV, 表明修饰后Pt/C催化剂的抗CO性能有明显提高. 对于甲醇的电氧化反应, 硅钼酸的修饰不仅提高了甲醇电氧化的电流密度, 而且降低了甲醇的起始氧化电势, 促进了中间氧化产物的脱除；而在乙醇的电氧化反应中, 硅钼酸修饰虽对Pt/C催化剂上乙醇的起始氧化电势没有影响, 但能增加乙醇电氧化的电流密度.     

Pt/CeO_2催化剂上甲醛催化氧化

以CeO2为载体,采用浸渍法制备了负载型Pt催化剂用于低温甲醛氧化反应,考察了Pt前驱体及Pt负载量等因素对催化性能的影响。XRD,TEM和CO化学吸附表征结果表明Pt粒子在载体上高度分散。反应结果表明,以Pt(NO3)2为前驱体比H2PtC l6为前驱体制备的催化剂表现出更好的反应性能,C l-离子的存在降低了催化剂的氧化还原能力,从而抑制了催化活性。此外,催化剂的活性随着Pt负载量的增加而增强,其中Pt负载量为3%时催化剂在30℃时甲醛转化率仍在80%以上。     

K改性的Pt/Al2O3催化剂上CO氧化反应：反应动力学和红外光谱研究

CO氧化不仅具有重要的实用价值,而且在基础研究中被用于考察反应机理及催化剂结构敏感性等一些重要问题,因此,该反应在催化领域中具有重要意义. Pt基催化剂被广泛应用于CO氧化反应.其催化活性取决于催化剂的制备方法.其中,碱金属如Na、K等助剂的添加可有效促进催化活性,红外光谱证据表明,其促进作用在于碱金属的添加可降低CO与表面Pt原子的相互作用.尽管如此,催化剂上反应动力学证据却十分缺乏.反应动力学的研究可以提供一些本证反应信息如反应基元步骤、反应速率表达式以及反应机理等.通过对比不同催化剂之间的反应动力学行为,可以进一步解释碱金属对催化剂结构以及反应行为的影响.因此在本工作中,我们制备了一系列以K为助剂的Pt/Al2O3催化剂,并进行了CO氧化的反应动力学研究,考察了助剂对CO反应级数和反应活化能的影响.结合原位红外光谱表征,进一步揭示了助剂在反应中的作用.通过对比不同Pt和K含量的催化剂上CO氧化反应活性,我们发现, K的添加能促进反应活性,且随着催化剂中K含量的增加,促进程度越明显.例如,0.42K-2Pt/Al2O3上T50温度比对应的2Pt/Al2O3降低了30oC.不同催化剂上CO氧化的反应动力学实验表明,反应速率随着CO的分压的增加而降低;但随着O2分压的增加而增大.幂函数反应速率表达式推导得到的反应级数发现,对于含K的催化剂其CO的反应级数(约为–0.2)明显比不含K的催化剂(约为–0.5)中高,说明K的添加减弱了CO与表面Pt原子之间的吸附能力.但对O2的反应级数影响较小.例如：在0.42K-2.0Pt/Al2O3上反应速率表达式为r =6.55′10–7pco–0.22po20.63;而在2.0Pt/Al2O3上为r =2.56′10–7pco–0.53po20.70.表观反应活化能的计算表明,含K的催化剂上表观反应活化能较低,进一步说明K的添加有利于反应进行.根据反应速率表达式,我们进行了基元步骤的推导,并计算了反应动力学参数.结果发现,与不含K的催化剂相比,含K的催化剂中本征反应速率常数明显增加,而CO吸附平衡常数降低了一半,表明K的存在使CO在Pt表面上的覆盖度降低.我们还通过原位红外光谱对比了催化剂上CO吸附行为的差异.数据表明,与不含K的催化剂相比, K的添加一方面降低了CO在催化剂表面的吸附量(峰面积变小);另一方面显著降低了CO在Pt表面上的脱附温度,说明两者之间的相互作用力减弱.综上所述,通过反应动力学和红外光谱实验,我们认为K助剂与表面Pt原子相互作用后生成了较为稳定的Pt–O–K物种.尽管该物种的具体结构目前还不明确,但我们的实验证据表明,该物种的存在可以有效减弱CO与表面Pt原子之间的相互作用,降低CO的表面覆盖度并有利于O2在Pt表面的竞争吸附,从而降低了表面吸附的CO与O2之间反应的能垒,促进了反应性能.     

Carbon Monoxide Oxidation by Polyoxometalate‐Supported Gold Nanoparticulate Catalysts: Activity,Stability, and Temperature‐ Dependent Activation Properties

Nanoparticulate gold supported on a Keggin‐type polyoxometalate (POM), Cs₄[α‐SiW₁₂O₄₀]?n H₂O, was prepared by the sol immobilization method. The size of the gold nanoparticles (NPs) was approximately 2 nm, which was almost the same as the size of the gold colloid precursor. Deposition of gold NPs smaller than 2 nm onto POM (Au/POM) was essential for a high catalytic activity for CO oxidation. The temperature for 50 % CO conversion was ?67 °C. The catalyst showed extremely high stability for at least one month at 0 °C with full conversion. The catalytic activity and the reaction mechanism drastically changed at temperatures higher than 40 °C, showing a unique behavior called a U‐shaped curve. It was revealed by IR measurement that Au^δ+ was a CO adsorption site and that adsorbed water promoted CO oxidation for the Au/POM catalyst. This is the first report on CO oxidation utilizing Au/POMs catalysts, and there is a potential for expansion to various gas‐phase reactions.     

Kinetics of low temperature CO oxidation over Pt/SnO2 catalyst

In a CO−O₂ stoichiometric mixture, the kinetic parameters, reaction order, rate constant and activation energy of CO oxidation over a Pt/SnO₂ catalyst have been measured using a fixed bed flow reactor near 0°C. The results show that it is a first-order reaction. The activation energy of CO oxidation over Pt/SnO₂ prepared with SnO₂ calcined at 300°C was approximately 21 kJ/mol. The activation energy of CO oxidation over Pt/SnO₂ changed slowly with SnO₂ calcination temperature above 400°C, and reached approximately 45 kJ/mol.     

Direct oxidation of methane at low temperature using Pt/C,Pd/C,Pt/C-ATO and Pd/C-ATO electrocatalysts prepared by sodium borohydride reduction process

The main objective of this paper was to characterize the voltammetric profiles of the Pt/C,Pt/C-ATO,Pd/C and Pd/CATO electrocatalysts and study their catalytic activities for methane oxidation in an acidic electrolyte at 25 ℃ and in a direct methane proton exchange membrane fuel cell at 80 ℃. The electrocatalysts prepared also were characterized by X-ray diffraction( XRD) and transmission electron microscopy( TEM). The diffractograms of the Pt/C and Pt/C-ATO electrocatalysts show four peaks associated with Pt face-centered cubic( fcc) structure,and the diffractograms of Pd/C and Pd/C-ATO show four peaks associated with Pd face-centered cubic( fcc) structure. For Pt/C-ATO and Pd/C-ATO,characteristic peaks of cassiterite( SnO_2) phase are observed,which are associated with Sb-doped SnO_2( ATO) used as supports for electrocatalysts. Cyclic voltammograms( CV) of all electrocatalysts after adsorption of methane show that there is a current increase during the anodic scan. However,this effect is more pronounced for Pt/C-ATO and Pd/C-ATO. This process is related to the oxidation of the adsorbed species through the bifunctional mechanism,where ATO provides oxygenated species for the oxidation of CO or HCO intermediates adsorbed in Pt or Pd sites. From in situ ATR-FTIR( Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared) experiments for all electrocatalysts prepared the formation of HCO or CO intermediates are observed,which indicates the production of carbon dioxide. Polarization curves at 80 ℃in a direct methane fuel cell( DMEFC) show that Pd/C and Pt/C electroacatalysts have superior performance to Pd/C-ATO and Pt/C-ATO in methane oxidation.     

Comparative study of coke deposition on catalysts in reactions with and without oxygen

Two types of catalysts, i.e. Pt/γ Al₂O₃ and Cu/Na-ZSM-5, were used to investigate the catalyst activity and amount of coke formation on the spent catalysts. The reactions of particular interest were the hydrocarbon oxidation and the SCR of NO with and without O₂. Propane and propene were used as the hydrocarbon sources. The reaction conditions were as follows: reaction temperature =170–500°C, GHSV=4,000 hr⁻¹, TOS=2 hr, feed composition depending on each reaction, but the composition of gases were fixed as HC=3,000 ppm, NO=1,000 ppm and O₂=2.5%, using He balance. It was found that both the case of Pt/γ Al₂O₃ and the case of Cu/Na-ZSM-5, propene provided higher conversion and coke deposition than propane in the presence or the absence of O₂ and/or NO. For Pt/γ Al₂O₃ catalyst, in case of the absence of oxygen reactions, the propene conversion dropped more rapidly than the propane conversion. Finally the reaction of propene gave a lower percent of hydrocarbon conversion than the reaction of propane. Additionally, propene had a higher percent selectivity of coke formation for the reaction with the absence of oxygen, but propane had a higher percent selectivity of coke formation for the reaction with the presence of oxygen. For Cu/Na-ZSM-5, in the system with absence and presence of oxygen, the addition of oxygen caused a significant change in % coke selectivity. With the presence of NO_x, the percent conversion of both propane and propene decreased and that the % coke selectivity of propane decreased, whereas that of in propene increased.     

以钙钛矿型复合氧化物为前驱体构筑La-Ce氧化物修饰的Pt-Co纳米双金属催化剂及其对CO氧化的性能

利用钙钛矿型复合氧化物(PTO)可以将多种金属离子限域并均匀混合于钙钛矿晶格中的特点,提出了一种构筑氧化物修饰的纳米双金属催化剂团簇的新构想。以担载于大比表面积SiO_2上的钙钛矿型复合氧化物La_(1-y)Ce_yCo_(0.87)Pt_(0.13)O_3/SiO_2作为前驱体,将La、Ce、Co和Pt多种金属离子均匀混合并限域于PTO晶粒中,还原后得到Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂;通过氮气吸附-脱附、XRD、H2-TPR和TEM等手段对Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂进行了表征,考察了其对CO氧化的催化性能,研究了构效关系。结果发现,La-Ce-O-Pt-Co构成了纳米团簇,担载于SiO_2表面,形成了Pt-Co纳米双金属颗粒; Co修饰Pt提高了其催化活性,而添加Ce进一步改善了其催化性能。当Ce含量(y)为0.2时,催化剂La_(0.8)Ce_(0.2)Co_(0.87)Pt_(0.13)O_3/SiO_2的活性最佳,在120℃下即可实现CO完全转化,且在含体积分数15%H_2O及12.5%CO_2的气氛中仍具有较好的催化性能。稳定性测试表明,所制得的Pt-Co/La-Ce-O/SiO_2催化剂具有良好的稳定性和抗烧结性能。     

具有低SO_2氧化活性的Pt/Zr_xTi_(1-x)O_2柴油车氧化催化剂的制备及性能

采用共沉淀法制备了一系列ZrxTi1-xO2(x=0.0,0.1,0.5,0.9,1.0)复合氧化物,并以此为载体,用等孔体积浸渍H2PtCl6制得Pt/ZrxTi1-xO2柴油车氧化催化剂.运用N2吸附-脱附,X射线多晶粉末衍射,X射线光电子能谱,H2程序升温还原和NH3程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征.结果表明,在系列催化剂样品中,Zr0.1Ti0.9O2复合氧化物主要以锐钛矿形式存在,具有较好的织构性能,样品的比表面积达94m2/g,孔体积为0.33cm3/g.相应地,Pt/Zr0.1Ti0.9O2催化剂表现出优异的催化氧化性能,HC和CO的起燃温度(T50)分别为185和174oC,完全转化温度(T90)分别为197和201oC;且具有较低的SO2氧化活性,350oC时SO2仅转化25.5%.     

由长链醇选择性氧化制备香料(英文)

The activity and the selectivity of Ru and Pt based carbon catalysts in the selective oxidation of long-chain aliphatic alcohols (C8, C10, C12) have been investigated. Ru/AC and Pt/AC always showed good initial activity, however deactivation phenomena rapidly depressed the catalytic per-formance of the catalysts. These phenomena can be limited by modification of Ru/AC and Pt/AC with Au improving the durability of the catalyst. Ru/AC and AuRu/AC showed good selectivity to the corresponding aldehyde (95%) making these catalysts promising for fragrances manufacturing. The advantage in using Au modified catalyst lies on the easier regeneration procedure com-pared to the one necessary for Ru/AC. Pt /AC and AuPt/AC showed a lower selectivity to aldehyde promoting the formation of the acid and the ester formation respectively. The addition of water in the solvent system speeds up the reaction rate but drastically decreased the selectivity to aldehyde especially in the case of Pt based catalysts.     

Pb-Pt/AC催化甘油一步法制备丙酮酸

生物质能具有绿色环保、可再生、来源广泛和安全性高等优点,成为当前的研究热点.作为生物柴油的主要副产物,甘油是一种重要的生物质平台化合物.甘油的高效利用,不仅能够获得重要的精细化学品及聚合物,也可以延长生物柴油的产业链,降低其生产成本,增加其市场竞争力.丙酮酸是一种弱有机酸,为生物体内葡萄糖分解代谢的中间产物,在生物能量代谢和物质代谢过程中起着重要的枢纽作用.同时,由于它同时含有羧基和酮羰基,具有很强的反应性,可参与多种化学反应,在化学工业中有广泛应用.目前,工业上主要采用酒石酸脱水脱羧法生产丙酮酸,丙酮酸收率可达50–55%,但生产过程需要消耗大量的KHSO4粉末,生产成本高,且高耗能高污染,不符合可持续发展的要求.因此,利用可再生资源甘油在温和条件下生产丙酮酸显现出良好的应用前景.目前,由甘油一步法获得丙酮酸仅可通过发酵法实现,但是其规模化生产存在效率低、废弃物污染等问题.因此,研究化学方法由甘油一步制备丙酮酸可行也十分必要.本课题组以Pt/AC或Cu-Pt/AC为催化剂进行甘油氧化制备乳酸的研究,所得产物中几乎未检出丙酮酸;当以Pb-Pt/C为催化剂进行乳酸脱氢氧化制备丙酮酸,可获得较高选择性的丙酮酸.因此,本文通过向Pt/AC催化剂中引入Pb助剂,以期调变甘油氧化的产物分布,从而获得相对高的丙酮酸选择性.通过浸渍-沉积沉淀法(Im-DP)制备了一系列不同Pb载量(1–7.0 wt%)的xPb-5Pt/AC-Im-DP催化剂,并采用不同方法制备了一系列5Pb-5Pt/AC催化剂,用于在温和条件下甘油选择性氧化制备丙酮酸反应中.结果表明,Pb载量和催化剂制备方法都对其催化活性有显著影响.当xPb-5Pt/AC-Im-DP催化剂中Pb载量为1%时,甘油转化率和丙酮酸选择性均较单金属5Pt/AC催化剂高,但当Pb载量继续升高至3%及以上时,甘油转化率明显下降.我们推测这与Pb3(CO3)2(OH)2物种的形成有关.采用该方法制备催化剂时,Pb载量宜为5.0 wt%.保持Pt和Pb载量均为5.0 wt%,采用共沉积沉淀(Co-DP)、共浸渍(Co-Im)、以及对催化剂进行500oC氩气焙烧等,制备了具有Pb3(CO3)2(OH)2物种、铂铅合金物种(PtPb和PtxPb)和两物种均没有的5Pb-5Pt/AC催化剂.通过评价它们的催化性能,进一步探究了Pb3(CO3)2(OH)2物种、铂铅合金物种、表面金属价态与催化剂活性的关系.实验表明,Pb3(CO3)2(OH)2和表面Pb0物种不利于甘油的转化,铂铅合金对甘油转化有一定的促进作用,对丙酮酸生成显现出明显促进作用.通过对Co-DP、Im-DP催化剂进行500oC氩气焙烧,能够除去Pb3(CO3)2(OH)2物种,同时形成铂铅合金.综上,本文在温和条件下,采用Pb-Pt/AC催化剂进行甘油选择性氧化制备丙酮酸反应.采用优化的方法制备的5Pb-5Pt/AC催化剂在90oC条件下反应10 h,丙酮酸收率可达18.4%,这是目前甘油一步法氧化制备丙酮酸的最高值.进一步优化反应条件、催化剂组成与结构,探索反应机理仍十分必要.     

Effect of thermal treatment on phase composition and ethanol oxidation activity of a carbon supported Pt50Sn50 alloy catalyst

A carbon supported Pt–Sn electrocatalyst in the Pt/Sn atomic ratio 50:50 was prepared by the reduction of Pt and Sn precursors with formic acid and thermally treated at 200 °C (i.e., in the presence of solid tin) and 500 °C (in the presence of molten tin) in flowing hydrogen. In the absence of thermal treatment, X-ray diffraction (XRD) analysis showed a solid solution of Sn in the face centered cubic (fcc) Pt and SnO₂. After thermal treatment, the formation of a main phase of hexagonal PtSn (niggliite) and a secondary phase of cubic Pt₃Sn was observed in the Pt50Sn50 catalyst. The relative amount of the PtSn phase increased with increasing thermal treatment temperature. The presence of molten tin gave rise to the formation of some big particles during annealing at 500 °C. The activity for the ethanol oxidation reaction (EOR) of the as-prepared catalyst was higher than that of both thermally treated catalysts and Pt75Sn25/C and Pt50Ru50/C by E-TEK. The higher activity for the EOR of the as-prepared Pt–Sn catalysts was ascribed to the presence of a large amount of SnO₂. Dedicated to Teresa Iwasita’s 65th birthday.