超稳纳米金催化剂—走在实用化的路上（英文）

纳米金的催化性能受载体影响巨大,选择合适的载体或设计金属—载体界面精细结构能显著影响纳米金的催化性能.迄今发现各种载体包括酸、碱金属氧化物、碳材料以及有机聚合物均可作为纳米金的有效载体.相应的各种金催化剂均展现出独特的催化活性与选择性.一个典型的例子是核壳结构的Au/NiO催化剂,基于该催化剂催化异丁烯醛制备异丁烯酸甲酯的化工厂已于2008年开始兴建.金催化剂在AsH_3气体传感器和汞收集器等环境分析方面也开始实际应用.因而,金催化剂的稳定性和使用寿命成为当前关注的焦点问题.目前报道的长寿命金催化剂典型例子有MINTEK催化剂和YD-3烟台催化剂,后者是由α-Fe2O3和La2O3改性氧化铝负载的金催化剂.中国科学院大连化学物理研究所张涛院士和王军虎研究员团队在近期研究中发现高温焙烧条件下Au纳米颗粒与羟基磷灰石(HAP)载体之间会发生金属-载体强相互作用(Strong Metal-Support Interaction简称SMSI)效应.SMSI效应导致载体对Au纳米颗粒形成包裹,可以有效提升Au纳米颗粒的抗烧结性能,但其对活性位的覆盖也会导致催化剂活性的下降.最近,该团队通过向载体HAP中添加Ti O2进行修饰,成功设计开发出Au/HAP-Ti O2催化剂.该催化剂上Au纳米颗粒与HAP接触的一侧被HAP薄层包裹,与Ti O2接触的一侧裸露,呈现出独特的半包裹结构.通过这种纳米尺度的结构设计,该金催化剂经过800°C的高温焙烧后不仅对一系列反应均表现出可观的催化活性和优异的抗烧结性能,且在模拟汽车尾气CO消除反应中表现出优于商业三效催化剂的反应稳定性.该工作为负载型纳米金催化剂的应用,特别是在高温催化反应中的实际应用提供了新途径,因此有望促进负载型金催化剂的实用化乃至商业化进程.     

超稳纳米金催化剂—走在实用化的路上

纳米金的催化性能受载体影响巨大,选择合适的载体或设计金属-载体界面精细结构能显著影响纳米金的催化性能.迄今发现各种载体包括酸、碱金属氧化物、碳材料以及有机聚合物均可作为纳米金的有效载体.相应的各种金催化剂均展现出独特的催化活性与选择性.一个典型的例子是核壳结构的Au/NiO催化剂,基于该催化剂催化异丁烯醛制备异丁烯酸甲酯的化工厂己于2008年开始兴建.金催化剂在AsH3气体传感器和汞收集器等环境分析方面也开始实际应用.因而,金催化剂的稳定性和使用寿命成为当前关注的焦点问题.目前报道的长寿命金催化剂典型例子有MINTEK催化剂和YD-3烟台催化剂,后者是由α-Fe2O3和La2O3改性氧化铝负载的金催化剂.中国科学院大连化学物理研究所张涛院士和王军虎研究员团队在近期研究中发现高温焙烧条件下Au纳米颗粒与羟基磷灰石(HAP)载体之间会发生金属-载体强相互作用(Strong Metal-Support Interaction简称SMSI)效应.SMSI效应导致载体对Au纳米颗粒形成包裹,可以有效提升Au纳米颗粒的抗烧结性能,但其对活性位的覆盖也会导致催化剂活性的下降.最近,该团队通过向载体HAP中添加TiO2进行修饰,成功设计开发出Au/HAP-TiO2催化剂.该催化剂上Au纳米颗粒与HAP接触的一侧被HAP薄层包裹,与TiO2接触的一侧裸露,呈现出独特的半包裹结构.通过这种纳米尺度的结构设计,该金催化剂经过8000℃的高温焙烧后不仅对一系列反应均表现出可观的催化活性和优异的抗烧结性能,且在模拟汽车尾气CO消除反应中表现出优于商业三效催化剂的反应稳定性.该工作为负载型纳米金催化剂的应用,特别是在高温催化反应中的实际应用提供了新途径,因此有望促进负载型金催化剂的实用化乃至商业化进程.     

Au/γ-Al2O3的制备与表征及其催化苯甲醛直接酯化

采用直接浸渍-还原法和赖氨酸保护浸渍-还原法制备了γ-Al2O3负载的纳米金催化剂(3%Au/γ-Al2O3),并考察了其在苯甲醛与醇直接酯化反应中的催化性能.在常压无碱条件下,以赖氨酸保护浸渍-还原法制备的Au/γ-Al2O3在苯甲醛与不同脂肪醇直接酯化的反应中表现出优良的催化性能,在该催化剂催化下,苯甲醛与乙醇反应中苯甲醛的转化率可达到94.0%,苯甲酸乙酯选择性为98.5%.通过催化剂的X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)及X射线光电子能谱(XPS)、N2物理吸附-脱附等表征结果分析了影响催化剂性能的因素.结果表明:赖氨酸浸渍还原法制备的Au/γ-Al2O3表面上纳米金粒径小、分散性好.高分散的纳米金颗粒是提高苯甲醛与醇直接酯化反应催化性能的关键因素.     

钯原子修饰的金纳米颗粒乙醇氧化电催化剂

钯催化剂对碱性溶液的乙醇电催化氧化反应表现较好的催化活性. 本文通过简单的化学沉积法,将钯原子成功修饰到金纳米颗粒表面,制备的催化剂对乙醇电催化氧化反应表现出比钯更好的催化性能. 研究发现,钯原子不均匀地覆盖在金核表面,部分金原子暴露在外层. 制备的催化剂的峰电流密度是钯催化剂的4.6 倍,起始电势低100 mV. 该催化剂较好的催化性能可能归因于金核的电子效应和表面双功能电催化反应机制.     

铜-银双金属纳米颗粒催化的醛-端炔加成反应研究

采用铜-银双金属纳米颗粒作为催化剂,在2,2'-联吡啶作为配体的修饰作用下,发展了一个高效的、双金属催化的醛-端炔加成生成炔丙醇化合物的反应体系.在该催化体系中,铜-银双金属纳米颗粒催化剂表现出独特的双金属协同效应,银纳米颗粒作为助催化剂有效提高了铜催化剂的催化效能.与文献相比,该反应条件温和、底物适应性优良,且无需溶剂.该反应中,催化剂可以实现有效循环利用,并可有效放大到克级规模反应.     

Au催化剂对于碱性电解质中氧气电化学还原反应的纳米尺寸效应

使用旋转电极技术考察了一系列碳载金纳米颗粒(颗粒平均尺寸处在3~14 nm)在碱性电解质(0.5 mol/L KOH)中对氧还原反应的催化行为.随着金纳米颗粒尺寸由14 nm下降至3 nm,其对氧还原反应的本征活性和质量比活性均呈现持续走高趋势; 但金颗粒的纳米尺寸对氧还原反应的机理及分子氧还原过程中的电子转移数目并无显著影响.使用高分辨透射电镜技术表征了金纳米颗粒的形貌,通过对金颗粒表面不同位置原子的比例进行估算,发现金颗粒表面高能原子所占比例与金对氧还原反应的本征活性密切相关,表明高能表面原子决定着金催化剂对氧还原反应的本征活性.此外,还将金纳米颗粒对氧还原反应的本征催化活性与其表面电子结构进行了关联.     

组合纳米Pt/C催化剂的邻氯硝基苯加氢性能

通过金属有机化合物Pt2(dba)3(dba为二亚苄基丙酮)分解的方法,制得了可溶性纳米Pt颗粒.采用透射电子显微镜对其观察发现,调节氧气分解压力可以摔制Pt颗粒的大小.将可溶性Pt纳米颗粒负载于活性炭上,制得了粒径可控的Pt/C催化剂.该催化剂用于邻氯硝基苯加氢反应时,表现出非常高的催化性能.在氢气分解压力为2.0 MPa时制备的0.5%Pt/C,其Pt纳米粒径为2.8 nm左右,在不加脱卤抑制剂、反应温度为60℃和氧气压力为1.0 MPa的条件下,脱卤率为1.6%,TOF达到39.8s-1.     

铜纳米颗粒催化的炔、二卤甲烷、胺三组分偶联反应研究

以铜纳米颗粒作为催化剂,Cs2CO3为碱,二卤甲烷为底物和溶剂,发展了一个高效的催化炔、二卤甲烷、胺三组分偶联反应(AHA偶联反应)生成炔丙胺的反应体系.与文献相比,该催化体系具有催化剂廉价易得、反应条件相对温和、底物适应性优良、使用单一溶剂体系后处理方便的特点.同时,以铜纳米颗粒为催化剂,易于实现催化剂的有效循环利用,经5次反应催化活性未见明显下降.     

三维有序大孔二氧化钛表面超细钯纳米颗粒的构筑及其增强柴油炭烟催化燃烧性能（英文）

柴油机排放颗粒物(主要成分是炭烟)是城市大气PM2.5中一次颗粒物的主要来源和二次颗粒物形成的重要组分,严重危害大气环境和人类健康.利用颗粒物捕集器与催化剂相结合的连续过滤再生技术是满足柴油车国VI炭烟颗粒物排放标准的最有效技术,目前该技术所面临的挑战是研发在排气温度的柴油炭烟颗粒物催化氧化催化剂.柴油炭烟催化燃烧反应的本质是典型的气(氧气)-固(炭烟颗粒)-固(催化剂)三相深度氧化反应,因此我们研究组提出了高活性柴油炭烟燃烧催化剂设计应该遵循优化固-固接触与强化活化分子氧能力二者相结合的研究思路.为满足此设计思路的要求,本课题组前期采用孔径大于200 nm的三维有序大孔(3DOM)结构氧化物作为载体,利用大孔效应来实现PM在催化剂内部的有效扩散,从而提高催化剂与PM的接触效率.采用具有强活化分子氧能力的负载型贵金属(Au,Pt)纳米颗粒或贵金属-氧化物复合纳米颗粒作为活性位来提高催化剂对分子氧的活化能力,进而设计了多个系列高活性催化剂,并形成了担载贵金属纳米颗粒的可控制备方法与装置.然而,Au和Pt昂贵的价格限制了其广泛应用.价格相对便宜的Pd具有与Pt相似的催化性能,是其良好替代品.但是,目前关于3DOM氧化物表面负载型Pd纳米颗粒结构和尺寸与柴油炭烟催化燃烧性能之间的相关研究仍然较少.基于此,本文采用气泡辅助膜还原法制备了3DOM二氧化钛(TiO_2)担载超细Pd纳米颗粒催化剂.利用XRD,Raman,BET,SEM,TEM,ICP,XPS和H2-TPR等技术手段对催化剂进行表征,并以模拟柴油炭烟为研究对象,利用程序升温氧化反应(TPO)对催化剂的活性进行评价,深入探讨了催化剂的制备、结构及物化性质与炭烟催化燃烧反应性能之间的关系.XRD和Raman结果表明,TiO_2载体由锐钛矿(主)和金红石(次)两种物相组成.SEM照片显示,所制催化剂为规整的有序大孔结构,球形孔互相贯通,孔径均一,大孔腔平均尺寸为280 nm,孔窗尺寸为109 nm,这种三维有序大孔TiO_2的结构能够增强炭烟颗粒与催化剂之间的接触效率.TEM表征显示,平均粒径为1.1 nm的超细半球型Pd纳米颗粒高度分散于TiO_2载体的内壁上,两者间的优化界面面积有利于增加活化O2的活性位密度,这些活性位源于Pd与TiO_2间强相互作用.H2-TPR和XPS表征印证了上述观点,具有1.1 nm超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂表现出强的低温氧化还原特性和丰富的表面吸附氧物种.在TPO测试中,相对于担载5.0 nm Pd颗粒的催化剂,具有1.1 nm尺寸超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂展示了高的催化炭烟燃烧活性,T10,T50和T90分别为295,370和415 oC,且在5次TPO测试过程中表现出良好的催化和结构稳定性.这种具有3DOM结构和超细Pd纳米颗粒的纳米催化剂能够有效降低Pd的使用量,在催化炭烟燃烧的实际应用中大有潜力.     

CeO2对抗烧结Au₲MgGa2O4催化剂用于水汽变换和催化燃烧反应的促进作用

自上世纪八十年代在多相催化研究领域兴起纳米金催化淘金热以来,负载型纳米金催化剂的优越性和局限性都得到了广泛的研究.负载型纳米金催化剂活性强烈依赖于其晶粒尺寸和载体性质,一般认为,金纳米颗粒只有在一定的尺寸范围(2-5 nm)且负载在"活性"载体表面才能发挥出其优异的催化活性.然而,小尺寸纳米金颗粒热稳定性差的弱点阻碍了其工业化应用的进程.因此,如何实现小尺寸金纳米颗粒的高温稳定以及构筑金与"活性"载体间有效的接触界面是发挥纳米金优异催化性能的关键.我们曾利用MgGa_2O_4尖晶石载体与金纳米颗粒形成金属-氧化物"异质孪晶"结构,从而实现了将～3 nm的金颗粒稳定在块体金的熔点(1064°C)以上,为小尺寸纳米金的高温稳定提供了新的思路.但MgGa_2O_4尖晶石是一种非氧化还原性载体,对水分子或氧气分子的辅助活化作用较弱,因而限制了具有优异高温抗烧结性能的Au?MgGa_2O_4催化剂在水汽变换和催化燃烧反应中的应用.本文采用等体积浸渍法在高温800°C焙烧5 h后的Au?MgGa_2O_4-800℃-5h样品上进行CeO_2助剂的修饰,以提高其对水分子和氧气分子的活化能力.利用STEM, XRD和EDS-Mapping表征对CeO_2/[Au?MgGa_2O_4-800°C-5h]样品进行结构分析,发现该样品中纳米Au具有优异的高温抗烧结性能, 800°C焙烧5 h并经CeO_2修饰后其颗粒尺寸仍保持在3.1 nm左右,样品中CeO_2的晶粒尺寸约为6 nm,且Au纳米颗粒与CeO_2助剂间形成了有效的接触界面.利用H_2-TPR和XPS表征对该样品的氧化还原性能及电子性质进行分析,发现CeO_2/[Au?MgGa_2O_4-800°C-5h]样品中CeO_2的还原温度相比于CeO_2/MgGa_2O_4对比样品显著降低, XPS结果显示CeO_2添加后Au的化学价态由金属态变为氧化态,表明Au与CeO_2助剂间具有显著的电子转移.同时, CeO_2的添加显著提高了800°C老化后Au?MgGa_2O_4催化水汽变换(CO转化率由～1.5%升到～34.0%, 450°C)、甲烷燃烧(T50降低80°C)和CO氧化(T50降低100°C)等反应活性.为理解CeO_2对Au?MgGa_2O_4的催化性能促进机制,我们选取水汽变换反应为例,利用DRIFTs表征发现CeO_2促进了反应物H_2O的活化,并结合小尺寸Au对CO的活化能力,从而使水汽变换反应顺利进行.本文在MgGa_2O_4尖晶石稳定纳米金的基础上,利用具有优异氧传输性能的CeO_2作为助剂,提高了该催化剂对水分子和氧气分子的活化能力,从而获得了对水汽变换反应和催化燃烧反应具有高稳定性和高活性的CeO_2/[Au?MgGa_2O_4]催化剂.这种"先稳定-后活化"的催化剂设计思路也为今后高稳定性、高催化活性的纳米金催化剂的设计和制备提供了借鉴.     

聚酰胺酸盐稳定的金纳米催化剂用于羧酸的绿色合成

使用一锅法成功制备了水溶性聚酰胺酸盐稳定的金纳米催化剂(AuNPs-PAAS),将该催化剂用于伯醇的催化氧化.利用紫外-可见分光光度计,X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM)等表征方法对催化剂进行了表征.结果表明,金纳米粒子在聚酰胺酸溶液中处于均匀分散状态,金纳米尺寸约为5 nm.将制备的纳米金催化剂用于伯醇的氧化,评价了其在伯醇氧化成羧酸反应中的催化性能,结果显示,在空气为氧化剂,水为溶剂的条件下,AuNPs-PAAS对伯醇的催化氧化为高效的准均相催化过程,高选择性得到羧酸产物,通过调节溶液的pH值,可以很容易的实现产物与反应体系分离和催化剂的回收和循环利用.     

镁铝复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂的制备及其在醇胺一步合成亚胺反应中的应用

以共沉淀法制备的Pd2+掺杂水滑石为前驱体,通过焙烧、还原得到了镁铝复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂.利用X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),场发射透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂进行表征,发现通过Pd2+掺杂水滑石为前驱体制备的复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂,可以实现Pd纳米颗粒(3.6 nm)在镁铝复合氧化物表面的均匀分散.该催化剂在催化苯甲醇和苯胺一步法合成N-苄叉苯胺时,在温和的反应条件下表现出良好的催化性能以及对N-苄叉苯胺较高的选择性,产物收率99%.在循环实验过程中,催化剂表现出较好的稳定性,并且催化活性未见下降.     

载金微孔分子筛催化剂研究进展

长期以来金被认为是化学惰性的,虽然早期对它的催化活性有所研究,但直到20世纪80年代中期,才相继出现了两个突破性的进展:1985年,英国威尔士大学的Hutchings教授,发现Au-Pd催化剂能够催化乙炔氢氯化反应~([1]);日本首都东京大学的Haruta教授发现,负载型纳米金催化剂具有优异的低温催化CO氧化活性~([2]).之后纳米金催化剂吸引了众多学者的目光,它的应用范围也越来越广泛.研究表明,影响纳米金催化剂催化性能的因素主要有载体的种类和性质、纳米金粒子的尺寸(常小于10 nm)形貌、氧化状态等,如何制备较小纳米金颗粒以及控制其粒径长大是获得高活性高稳定性金催化剂的关键~([3～5]).     

金原子簇催化碳-碳偶联反应的研究进展（英文）

近十几年来,金原子簇(尺寸1-2 nm)逐渐发展成为一种新型的纳米材料。特别在近几年中,金原子簇催化剂广泛地应用于纳米催化中,例如选择性氧化还原以及碳-碳偶联等反应。与传统的金纳米颗粒(2 nm)显著不同,金原子簇具有独特的电子性质和结构,能很好地关联金原子簇催化剂的结构与其催化性能,特别是对金原子簇的催化反应机理的研究。在本综述中,我们阐明了金原子簇催化剂在碳-碳偶联反应中的应用,其中包括Ullmann、Sonogashira、Suzuki和A~3-偶联等反应。并进一步揭示了金原子簇表面有机配体(例如芳香烃硫醇vs脂肪烃硫醇)对催化反应的影响,以及其它金属在金核内部的掺杂(例如铜、银、铂、钯等)改变原子簇的电子结构从而来调控其催化性能。最后,在原子层面上关联金原子簇结构和催化性能,并初步探讨催化反应机制。金原子簇催化剂的深入研究将为高效金纳米催化剂的设计提供一些建设性的思路和策略。     

稳定于具有亚5nm窗口的立方介孔氧化硅的金纳米颗粒及其优异的醇氧化活性（英文）

金纳米颗粒在烯烃加氢、水气转化、过氧化氢直接合成和醇类选择性氧化等反应中表现出独特的催化性能,引起了人们广泛关注.通常,金纳米颗粒的催化活性受到尺寸、原子堆积形式、暴露晶面及其与载体的相互作用所影响.而金纳米颗粒的烧结往往导致其催化效率迅速下降.为了解决金颗粒烧结问题,提高其使用寿命,必须控制高温处理时颗粒和原子的迁移.尽管已有很多工作见诸报道,然而到目前为止,仍未完全解决金颗粒烧结问题.本文通过调整有机模板剂和反应温度成功地合成了不同窗口尺寸的立方介孔氧化硅材料(FDU-12),并将预先合成的3nm金颗粒负载于其上,考察了窗口尺寸对金颗粒烧结的影响.首先,采用小角X射线散射、氮气吸附-脱附、透射电镜和扫描电镜等手段证实成功合成了具有亚5 nm窗口的FDU-12材料,同时以3 nm金颗粒为探针,进一步区分了具有3 nm和3–5nm窗口的FDU-12样品.在抗烧结实验中发现,具有3–5 nm窗口尺寸的FDU-12能够在一个较宽的金负载量(1.0–8.3 wt%)下稳定金纳米颗粒.在550 ℃空气中焙烧5 h后,金颗粒的平均尺寸维持在4.5–5.0 nm.更小的窗口尺寸则会导致3 nm金颗粒无法进入FDU-12孔道,从而带来低的负载能力和差的抗烧结性能.另一方面,具有7 nm窗口尺寸的FDU-12则只在高的金颗粒负载量(9 wt%)下才表现出较好的抗烧结性能,低负载量时烧结严重(2.1 wt%,14.2±5.5 nm).我们推测,合适的窗口尺寸(3–5 nm)恰好能允许3 nm金颗粒进入FDU-12的孔道,在高温处理过程中,当金颗粒长大到5nm左右时,窗口极大地限制了金颗粒的移动,导致其不能在孔与孔之间自由迁移.此外,该FDU-12材料的孔径为18 nm,这使得封装在各个孔内部的金颗粒与其他金颗粒距离较远,不利于其通过原子迁移而发生烧结.因此,拥有3–5 nm窗口尺寸的FDU-12在一个宽的金负载量下表现出良好的抗烧结能力.而对于具有7 nm窗口尺寸的FDU-12,在高的金负载量下,它可通过自聚焦效应抑制原子迁移,从而具有优良的抗烧结性能.但在低负载量时,介孔氧化硅的绝大部分孔内并不包含多个金颗粒,自聚焦效应无法发挥作用,在高温焙烧时金颗粒可以通过大的窗口尺寸相互融合导致烧结.我们将具有不同金尺寸的Au NP/FDU-12催化剂用于环己醇选择性氧化反应中.结果表明,4.5 nm的金催化剂表现出最好的活性(1544 mmol g_(Au)~(-1)h~(-1))和大于99%的选择性(230 ℃),大大超过了先前报道的基于Ag和Mn为活性中心的催化剂.另外,与负载在商用γ-Al_2O_3上相比,Au NP/FDU-12体系表现出了很好的选择性,直接脱水产物小于1%.同时可以保持100 h内金颗粒不发生烧结,活性不明显下降.     

氧化铈形貌对Au/CeO2催化剂催化氧化CO反应活性的影响

采用水热合成法制备了形貌规则的纳米氧化铈颗粒,分别为棒状、立方体和多面体,通过溶胶沉积法将金颗粒沉积到不同形貌氧化铈表面制得了Au/CeO2催化剂.考察了催化剂载体的不同形貌对CO催化氧化反应活性的影响.实验结果表明,棒状(110 100)和多面体(111 100)氧化铈作为载体时的催化剂活性比立方体(100)作为载体时的活性高.在低温段,多面体氧化铈作为载体的催化剂表现出较高活性,而在高温范围,棒状氧化铈作为载体的催化剂的催化活性最好.     

磁性纳米Pd/Fe_3O_4催化剂的制备及其在Heck反应中的应用（英文）

通过使用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂,合成了磁性Pd/Fe_3O_4纳米颗粒催化剂。对该催化剂进行粉末X射线衍射、透射电子显微镜、感应耦合等离子体和磁性表征。将Pd/Fe_3O_4催化剂用于Heck反应,检测其催化性能。测试结果表明Pd纳米颗粒负载在Fe_3O_4纳米颗粒上,而且催化剂的尺寸20 nm,并在Heck反应中表现了极好的催化性能。此外,催化剂可以通过磁场回收利用,且催化活性没有显著的降低。     

Pd/BiOCl高效室温催化甲醛产氢性能研究

利用浸渍-还原法制备Bi OCl纳米片负载的钯纳米颗粒催化剂(Pd/Bi OCl),对室温催化氧化HCHO产氢性能进行了研究,并与纯Pd纳米颗粒催化效果进行了对比.研究结果表明,Pd/Bi OCl催化剂在有效降低贵金属Pd用量情况下(仅为2%wt),仍表现出比纯Pd纳米颗粒更高的催化HCHO产氢的性能.此外,通过进一步优化甲醛浓度、氢氧化钠浓度、氧气浓度和反应温度等参数,Pd/Bi OCl催化氧化HCHO产氢速率最高可达到200 m L/(min*gcatalyst).进一步研究结果表明,Pd/Bi OCl催化HCHO产氢反应的活化能仅为15.2 k J/mol,远低于无催化剂条件下甲醛产氢的活化能65 k J/mol.     

稳定于具有亚5nm窗口的立方介孔氧化硅的金纳米颗粒及其优异的醇氧化活性

金纳米颗粒在烯烃加氢、水气转化、过氧化氢直接合成和醇类选择性氧化等反应中表现出独特的催化性能,引起了人们广泛关注.通常,金纳米颗粒的催化活性受到尺寸、原子堆积形式、暴露晶面及其与载体的相互作用所影响.而金纳米颗粒的烧结往往导致其催化效率迅速下降.为了解决金颗粒烧结问题,提高其使用寿命,必须控制高温处理时颗粒和原子的迁移.尽管已有很多工作见诸报道,然而到目前为止,仍未完全解决金颗粒烧结问题.本文通过调整有机模板剂和反应温度成功地合成了不同窗口尺寸的立方介孔氧化硅材料(FDU-12),并将预先合成的3 nm金颗粒负载于其上,考察了窗口尺寸对金颗粒烧结的影响.首先,采用小角X射线散射、氮气吸附-脱附、透射电镜和扫描电镜等手段证实成功合成了具有亚5 nm窗口的FDU-12材料,同时以3 nm金颗粒为探针,进一步区分了具有<3 nm和3?5 nm窗口的FDU-12样品.在抗烧结实验中发现,具有3?5 nm窗口尺寸的FDU-12能够在一个较宽的金负载量(1.0?8.3 wt%)下稳定金纳米颗粒.在550oC空气中焙烧5 h后,金颗粒的平均尺寸维持在4.5?5.0 nm.更小的窗口尺寸则会导致3 nm金颗粒无法进入FDU-12孔道,从而带来低的负载能力和差的抗烧结性能.另一方面,具有>7 nm窗口尺寸的FDU-12则只在高的金颗粒负载量(>9 wt%)下才表现出较好的抗烧结性能,低负载量时烧结严重(2.1 wt%,14.2?5.5 nm).我们推测,合适的窗口尺寸(3?5 nm)恰好能允许3 nm金颗粒进入FDU-12的孔道,在高温处理过程中,当金颗粒长大到5 nm左右时,窗口极大地限制了金颗粒的移动,导致其不能在孔与孔之间自由迁移.此外,该FDU-12材料的孔径为18 nm,这使得封装在各个孔内部的金颗粒与其他金颗粒距离较远,不利于其通过原子迁移而发生烧结.因此,拥有3?5 nm窗口尺寸的FDU-12在一个宽的金负载量下表现出良好的抗烧结能力.而对于具有>7 nm窗口尺寸的FDU-12,在高的金负载量下,它可通过自聚焦效应抑制原子迁移,从而具有优良的抗烧结性能.但在低负载量时,介孔氧化硅的绝大部分孔内并不包含多个金颗粒,自聚焦效应无法发挥作用,在高温焙烧时金颗粒可以通过大的窗口尺寸相互融合导致烧结.我们将具有不同金尺寸的AuNP/FDU-12催化剂用于环己醇选择性氧化反应中.结果表明,4.5 nm的金催化剂表现出最好的活性(1544 mmol gAu-1 h-1)和大于99%的选择性(230oC),大大超过了先前报道的基于Ag和Mn为活性中心的催化剂.另外,与负载在商用γ-Al2O3上相比,AuNP/FDU-12体系表现出了很好的选择性,直接脱水产物小于1%.同时可以保持100 h内金颗粒不发生烧结,活性不明显下降.     

Au/NTS-1催化丙烯气相直接环氧化(英文)

以高温氨气处理制得含氮微孔钛硅分子筛(NTS-1)为载体,用沉积-沉淀法制得了一系列纳米金催化剂.考察了纳米金催化剂在氢气和氧气共存下催化丙烯气相环氧化制环氧丙烷反应中的催化性能.结果表明,高温氨气处理钛硅分子筛(TS-1)载体降低了其酸性,提高了纳米金催化剂制备中金的利用率和纳米金催化剂中金的分散度,显著提高纳米金催化剂的催化活性.载体酸性降低和载体表面–NH2配位效应增强了催化剂活性.