利用空间位阻和氢溢流协同作用促进5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛

化学工业生产中，用氢气为还原剂，通过选择性加氢可以制备多种重要化学品。5-羟甲基糠醛是重要的生物质基平台化合物，而5-甲基糠醛是用途广泛的化学品。由5-羟甲基糠醛加氢得到5-甲基糠醛是一条非常理想的路径，但是选择性活化C-OH非常困难。本文设计并制备了Pt@PVP/Nb₂O₅(PVP: 聚乙烯吡咯烷酮)催化剂，该催化体系巧妙地结合了位阻效应、氢溢流和催化剂界面的电子效应，系统研究了该催化剂对5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛催化性能，在最优条件下，5-甲基糠醛的选择性可达92%。利用密度泛函理论计算研究了5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛反应路径。     

CuOχ-CaCO3催化剂高效催化生物质乙酰丙酸甲酯制备γ-戊内酯

γ-戊内酯(GVL)在燃料和化学品上有着巨大的潜在利用价值,如何从生物质木质纤维素出发经济地制备GVL广受关注.目前已有大量的研究致力于利用不同氢源从乙酰丙酸及其酯类催化加氢制备GVL的催化体系.过去的数年里,外加氢气条件下的乙酰丙酸及其酯类加氢制备GVL已经得到了广泛的研究.考虑到液体醇使用和管理相比于氢气更为安全便捷,而且醇类如甲醇、乙醇都是可以从生物质制备的绿色环保的溶剂,利用醇类通过Meerwein-Ponndorf-Verley(MPV)还原作为生物质催化加氢过程中的的溶剂和氢供体已经引起了人们的浓厚兴趣.在脂肪醇中,甲醇的还原势能最高,在MPV还原里的效果不如其他醇,但可以通过甲醇重整制氢的方式来供氢.此外,乙酰丙酸甲酯(ML)可以通过甲醇中酸催化醇解碳水化合物制得,因此可以尝试将碳水化合物醇解制备ML;甲醇重整制氢以及ML加氢结合起来,从而省去繁琐且能耗较大的ML分离步骤.腐殖质的存在和固体催化剂在甲醇中的稳定性是上述两步法策略的最大挑战.本文通过草酸凝胶共沉淀法首次制备了(n)CuO_x-CaCO_3(n为Cu/Ca摩尔比)双功能催化剂,用于以甲醇为原位氢源,从生物质ML一锅制备GVL反应中.经筛选,(3/2)CuO_x-CaCO_3催化制备GVL的得率高达95.6%.利用各种表征手段分析了催化剂使用前后的组成和结构变化.结果显示,新制的CuO_x-CaCO_3催化剂中即可检测到Cu+的存在,且在使用过程中CaCO_3可以有效阻止二价铜在氢气氛围下被完全还原成单质铜.对于该体系中的ML加氢,亚铜有着比单质铜更佳的催化性能.循环实验表明,(3/2)CuO_x-CaCO_3至少可以连续稳定使用8次,其催化活性没有明显损失.此外,在纤维素醇解产物中存在腐殖质的情况下,(3/2)CuO_x-CaCO_3催化剂仍能够有效催化纤维素醇解得到的ML加氢制备GVL.因此可以利用这个高效廉价的催化剂开发一种便捷的一锅两步法从木质纤维素生物质制备GVL,即将酸催化的纤维素醇解、甲醇重整、ML在甲醇溶剂中加氢三者整合起来.     

以NiAl-NO3-LDH为前驱体制备Ni-Al2O3催化剂及其催化乙酰丙酸加氢性能

以NO₃^-插层类水滑石（NiAl-NO₃-LDH）为前驱体制备了一系列不同Ni/Al摩尔比的Ni-Al₂O₃催化剂，考察了其催化乙酰丙酸液相加氢性能.表征结果表明，随着Ni/Al摩尔比的增加，类水滑石层板结构中存在的游离态γ-AlOOH物种逐步演变为游离的Ni（OH）₂物种，制备的催化剂中金属-载体相互作用逐渐减弱，Ni物种分散度逐渐降低，表面酸性中心数量先增多后减少；当Ni/Al摩尔比为3时，所制备的催化剂表面具有最丰富的酸性中心和加氢中心.在酸性中心和加氢中心的协同作用下，该催化剂表现出优异的催化乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯性能及良好的使用稳定性.在160℃，4 MPa氢气条件下反应5 h时，γ-戊内酯的收率最高可达92.7%.     

凹凸棒石负载Cu-Fe-Co基催化剂组合体系用于CO加氢制备低碳醇

采用浸渍法(IM)和浸渍燃烧法(IMSC)制备了凹凸棒石(ATP)及凹凸棒石-多孔硅胶微球混合物(ATPS)负载CuFe-Co基改性费托催化剂,通过N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)和CO_2-程序升温脱附(CO_2-TPD)等手段对催化剂进行了表征,并将它们应用于CO加氢制备低碳醇反应。结果表明,IMSC较IM制备催化剂更有利于CuO的负载、分散和还原,促进H_2和CO与Cu活性位的接触,但两者的最佳低碳醇合成温度均为280℃。通过对ATP和ATPS负载Cu-Fe-Co基催化剂(CFCK/ATP、CFCK/ATPS)与Cu/ZnO/Al_2O_3(CZA)甲醇催化剂的组合体系的优化,获得较理想的低碳醇合成催化剂组合体系CZA║CFCK/ATPS-IMSC。利用它们之间的"产物转化耦合效应",实现CO转化率为46.3%,低碳醇选择性为39.6%,C_(2+)醇含量为22.7%。     

单原子铂催化剂的制备及其低温催化氧化一氧化碳

以氧化石墨烯为载体，单原子铂（Pt）为活性组分，利用化学还原法制备了单原子Pt/rGO催化剂，用在催化氧化一氧化碳（CO）反应中。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、球差电镜、傅里叶红外光谱仪对单原子Pt催化剂进行表征。考察了金属负载量、反应温度对催化剂性能的影响，利用气相色谱对CO氧化反应性能进行评价。此次实验包含催化剂的制备、表征和性能测试，实验难度适中，贴近科研前沿，可以让学生体验一个综合的科研过程，激发学生的科研兴趣，培养学生的科研能力。     

1,3-丁二烯选择性加氢催化剂的设计策略以及构效关系

催化裂化是石油化工的核心单元之一.从催化裂化尾气中分离出来的碳四馏分富含许多的不饱和烯烃,如1-丁烯、顺、反式-2-丁烯以及少量的1,3-丁二烯,这些不饱和烯烃可以通过后续聚合反应,生成合成橡胶和工程塑料的重要原料,具有重要的应用价值.上述工艺过程对原料中1,3-丁二烯的含量(<100~200 ppm)有严苛的要求.采用选择性加氢技术对碳四馏分中的1,3-丁二烯进行选择性加氢,将其转化为更高附加值的单烯烃是一个理想的解决方案.然而,1,3-丁二烯加氢反应得到的单烯烃可能发生深度加氢得到副产物丁烷.因此,开发高效选择性加氢催化剂对碳四资源的利用具有重要的现实意义.另一方面,1,3-丁二烯加氢反应可以作为模型反应,用来考察选择性加氢催化剂的性能.基于此,该反应无论在工业界还是学术界均受到广泛关注.尽管如此,有关1,3-丁二烯加氢催化剂研究进展方面的综述极少.仅有关于1,3-丁二烯加氢作为模型反应的综述报道.本文对过去半个世纪以来1,3-丁二烯加氢反应中不同催化剂的发展历程进行系统综述,特别是包括Pd,Pt和Au等的单一贵金属催化剂.重点介绍以下内容:(1)固体催化剂构效关系,包括活性金属尺寸效应、晶面和形貌效应以及载体效应(晶相、孔道和酸碱性);(2)高性能催化剂的设计新策略,如单原子催化剂、核壳结构催化剂、金属-离子液复合催化体系以及载体的形貌调控;(3)催化剂的反应机理和失活机理.提出了1,3-丁二烯选择性加氢高性能催化剂开发面临的挑战,并对潜在的发展方向进行了展望.本文认为随着纳米技术和金属纳米材料合成方法的快速发展,对贵金属活性组分进行原子层面上的调控(包括形貌、尺寸以及单原子配位环境等)已成为可能.这将有助于研制出一类新型高性能选择性加氢催化材料,从而实现高转化率条件下高附加值单烯烃的定向转化.此外,载体的酸碱性和孔道结构的调控有助于进一步调节催化剂的抗积炭性能,也是未来发展的一个重要方向.     

CO加氢制备低碳烯烃Fe基、Co基催化剂研究进展

CO加氢制备低碳烯烃是非石油路线获得烯烃的重要反应，其反应路线有直接法和间接法。直接法制备低碳烯烃具有反应路线短、能源利用率高、经济高效等优势。综述了近年来Fe基催化剂、Co基催化剂在CO直接制备低碳烯烃中的研究进展。分析认为：费托合成过程产物选择性遵循Anderson-Schulz-Flory（ASF）分布规律，助剂和载体的使用一定程度提高Fe基、Co基催化剂的低碳烯烃选择性。     

Ni-M/SiO2催化1,4-丁炔二醇加氢的金属助剂效应

以SiO₂气凝胶为载体，采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO₂及不同金属助剂改性的Ni-M/SiO₂（M=Fe、Co、Cu）催化剂，利用ICP、BET、XRD、H₂-TPR、H₂-TPD等手段对催化剂进行了表征，考察了不同第二金属对催化剂结构与1，4-丁炔二醇加氢性能的影响.结果表明，第二金属与Ni物种具有不同程度的双金属协同效应，其中Cu的加入不仅能够提高Ni活性物种的分散度，而且Ni-Cu双金属间的相互作用改善了NiO物种的还原性能及氢活化能力，有利于氢和1，4-丁炔二醇在活性位点的快速转化.在反应温度50℃，氢压1 MPa，反应时间3 h的加氢评价条件下，15Ni5Cu/SiO₂催化剂不仅可以实现1，4-丁炔二醇的完全转化，而且能够有效降低难分离副产物2-羟基四氢呋喃的含量，具有最优的加氢活性和对1，4-丁烯二醇的选择性.