Pd催化木质素醚类二聚体分子内氢转移断裂C—O键研究

结合氢转移方法,研究了木质素模型物2-(2'-甲氧基苯氧基)-1-苯乙醇(1a)分子在无外加氢源的条件下利用金属钯催化剂催化发生C—O键断裂反应.合成并表征了一系列Pd负载型催化剂,通过优化发现反应体系在环己烷溶剂和弱碱添加剂Na2HPO4条件下显示出较好的催化效率.结合反应特点将催化剂进行改进,使用MgO作为载体的催化剂Pd/MgO高效完成了木质素模型物的分子自供氢降解.反应过程可能分为两步进行:首先,模型物在钯表面先进行脱氢过程,含羟基的木质素模型物二聚体1a脱去氢后生成酮式中间体2-(2'-甲氧基苯氧基)-1-苯乙酮(1b),被脱去的氢原子吸附于钯表面.随后,脱氢中间体1b在Pd催化下与其表面吸附的H作用,发生催化C—O键断键过程.     

铋改性的钒磷氧化物液相催化氧化环己烷的反应机理

 制备了铋改性的钒磷氧化物(Bi-VPO)催化剂,并将其用于液相催化氧化环己烷,研究了该反应的反应机理. 结果表明,铋改性可大大提高VPO催化剂在温和条件下对环己烷液相氧化的催化性能. 无溶剂实验和四氢呋喃作溶剂的实验证明反应过程中溶剂乙腈和H2O2之间存在相互作用; 自由基捕捉实验证明环己烷氧化过程中存在自由基反应历程; 环己醇氧化实验证明环己酮并不是来自环己醇的氧化,而是由环己烷直接氧化得到的.     

Rh(111)及Rh@Cu(111)表面乙烯氢甲酰化反应选择性的理论研究

采用密度泛函理论对比研究了Rh(111)表面与Rh@Cu(111)表面合金上乙基加氢反应及CO插入反应过程.结果发现,与Rh(111)表面相比,Rh@Cu(111)表面合金的集团效应和配体效应使得加氢反应的能垒降低了0.12eV,而CO插入反应的却显著降低了0.78eV.这表明RhCu合金催化剂可以有效地提高氢甲酰化反应的选择性.     

Ba修饰的Pd/A12O3对苯酚液相原位加氢制环己酮反应的催化性能

利用等体积浸渍法制备了一系列不同助剂修饰的Pd/AI2O3催化剂,并考察了催化剂对苯酚液相原位加氢制环己酮反应的催化性能.结果表明,Ba-Pd/AI2O3对苯酚液相原位加氧反应有较优的催化性能.当w(Ba)=3%时,苯酚转化率可比Pd/AI2O3催化剂提高近2倍.在优化的反应条件下,苯酚转化率可达100%,环己酮收率可达80%.利用透射电子显微镜、CO化学吸附、X射线衍射、N2吸附-脱附和CO2程序升温脱附等手段表征了不同Ba含量的Pd/AI2O3催化剂的物理化学性质.结果表明,Ba的添加可明显提高Pd在AI2O3表面的分散度,同时增强了催化剂表面的碱性.这是Ba-Pd/AI2O3对苯酚液相原位加氢制环己酮反应具有较优催化性能的重要原因.     

Raney Ni催化二亚糠基丙酮加氢制取长链烷烃前驱体的特性研究

采用Raney Ni为催化剂,考察了反应温度、压力、时间和溶剂对二亚糠基丙酮加氢制取长链烷烃前驱体催化性能的影响。结果表明,Raney Ni对二亚糠基丙酮具有很好的低温加氢性能,升高反应温度和压力均有利于加氢反应的进行,但过高的温度反而不利于加氢反应。在50℃和2.5 MPa下反应2 h,二亚糠基丙酮转化率达99.5%以上,饱和加氢产物的总选择性达到80.8%。此外,加氢中间产物的变化结果表明,二亚糠基丙酮的双键加氢容易程度为,烯键>呋喃环双键>C=O双键。Raney Ni 在甲醇溶剂中的加氢性能明显高于在四氢呋喃、环己烷或水溶剂中的加氢性能。     

单层分散型Pd/Ni双金属催化剂的制备及其催化加氢性能

通过置换反应制备了Pd/Ni双金属催化剂,利用X射线衍射、CO化学吸附和吸附H2的程序升温脱附对其进行了表征,并测定了该催化剂对环己烯、苯乙烯和丙酮气相加氢反应的催化性能.结果发现,在这种催化剂中Pd原子单层分散在金属Ni的表面,因而该催化剂表现出比浸渍法制备的相同Pd含量的Pd/Ni-im和Pd/-γAl2O3催化剂更高的催化加氢活性.     

Au/Pd(111)双金属表面催化噻吩加氢脱硫的反应机理

采用密度泛函理论(DFT)计算了Pd(111)表面含有N(N=1-4)个Au原子数目时的表面形成能,选取最优构型进一步研究了噻吩在Au/Pd(111)双金属表面的吸附模式及加氢脱硫反应过程.结果表明:当Pd(111)表面含有1个Au原子时,其形成能最低.在Au/Pd(111)双金属表面噻吩初始吸附于Pd-Hcp-30°位时,其构型最稳定.在各加氢脱硫过程中,反应总体均放出热量.对于直接脱硫机理,其所需活化能较低,但脱硫产物较难控制;对于间接脱硫机理,反应最有可能按照顺式加氢方式进行,C―S键断裂开环时所需活化能最高,是反应的限速步骤.此外,与单一Au(111)面及Pd(111)面相比,Au/Pd(111)双金属表面限速步骤的反应能垒最低,表明AuPd双金属催化剂比Au、Pd单金属催化剂更有利于噻吩加氢脱硫反应的进行.     

活性炭负载钯催化剂对邻硝基甲苯波相加氢制邻甲苯胺的研究

本文研究了不同载体负载的钯催化剂对邻硝基甲苯催化加氢制邻甲苯胺的性能,考察了载体的性能、钯的分散度对催化加氢速率的影响,探讨了该反应的动力学特征.结果表明,Pd/C催化剂液相催化邻硝基甲苯加氢制邻甲苯胺活性高,选择性好,寿命长.该反应为双分子吸附的表面反应.属于非择形反应.     

钯/石墨烯催化苯醌加氢制备氢醌

采用微波辅助加热还原法合成了钯/石墨烯(Pd/G)、钯/活性炭(Pd/AC)、钯/石墨(Pd/Graphite)和钯/二氧化硅(Pd/SiO2),并使用透射电子显微镜观测了钯的形貌及在载体上的分散性.将负载型钯催化剂用于苯醌加氢反应,结果显示,Pd/G催化剂的活性最高,苯醌的转化率达到99%,氢醌的选择性为100%,并且循环7次后催化剂仍保持着较高的转化率和选择性。结构表征表明,石墨烯担载的钯纳米粒子的粒径约为5nm,无明显团聚.实验进一步考察了反应溶剂(甲醇、乙醇、丙酮、正丙醇、异丙醇、正丁醇)对Pd/G催化苯醌加氢反应的影响,结果表明该反应对溶剂较为敏感,其中甲醇和丙酮较适宜作为反应溶剂.当以甲醇作为溶剂时,苯醌的转化率为98%,氢醌选择性为99%;以丙酮为溶剂时,苯醌转化率为98%,氢醌选择性为90%.研究工作表明,作为载体,石墨烯对钯催化剂的催化效果起着稳定和增强作用.     

Au/Pd(111)双金属表面催化噻吩加氢脱硫的反应机理

采用密度泛函理论（DFT）计算了Pd（111）表面含有N（N=1-4）个Au原子数目时的表面形成能,选取最优构型进一步研究了噻吩在Au/Pd（111）双金属表面的吸附模式及加氢脱硫反应过程. 结果表明：当Pd（111）表面含有1个Au原子时,其形成能最低. 在Au/Pd（111）双金属表面噻吩初始吸附于Pd-Hcp-30°位时,其构型最稳定. 在各加氢脱硫过程中,反应总体均放出热量. 对于直接脱硫机理,其所需活化能较低,但脱硫产物较难控制;对于间接脱硫机理,反应最有可能按照顺式加氢方式进行,C―S键断裂开环时所需活化能最高,是反应的限速步骤. 此外,与单一Au（111）面及Pd（111）面相比,Au/Pd（111）双金属表面限速步骤的反应能垒最低,表明AuPd双金属催化剂比Au、Pd单金属催化剂更有利于噻吩加氢脱硫反应的进行.     

Pd/Cu(111)双金属表面催化糠醛脱碳及加氢的反应机理

采用密度泛函理论(DFT)研究糠醛在最稳定Pd/Cu(111)双金属表面上的吸附构型和糠醛脱碳及加氢的反应机理。结果表明,当糠醛初始吸附于O_3-Pd-top、O_7-Cu-hcp位时,吸附构型最稳定,其吸附能为73.4 kJ/mol。糠醛在Pd/Cu(111)双金属表面上更易发生脱碳反应。对于糠醛脱碳反应,所需活化能较低,各个基元反应均为放热反应,糠醛更易先失去支链上的H形成(C_4H_3O)CO,然后中间体脱碳加氢得到呋喃,其中,C_4H_3O加氢生成呋喃所需活化能(72.6 kJ/mol)最高,是反应的控速步骤。对于加氢反应,糠醛与首个氢原子的反应需要最大的活化能(290.4 kJ/mol),是反应的限速步骤。     

Atomic Layer Deposition Overcoating: Tuning Catalyst Selectivity for Biomass Conversion

The terraces, edges, and facets of nanoparticles are all active sites for heterogeneous catalysis. These different active sites may cause the formation of various products during the catalytic reaction. Here we report that the step sites of Pd nanoparticles (NPs) can be covered precisely by the atomic layer deposition (ALD) method, whereas the terrace sites remain as active component for the hydrogenation of furfural. Increasing the thickness of the ALD‐generated overcoats restricts the adsorption of furfural onto the step sites of Pd NPs and increases the selectivity to furan. Furan selectivities and furfural conversions are linearly correlated for samples with or without an overcoating, though the slopes differ. The ALD technique can tune the selectivity of furfural hydrogenation over Pd NPs and has improved our understanding of the reaction mechanism. The above conclusions are further supported by density functional theory (DFT) calculations.     

Ag,Zn,Pd掺杂对铜基催化剂草酸二甲酯选择性加氢反应的影响

采用密度泛函理论方法, 构建了Ag, Zn, Pd原子掺杂的Cu(111)和Cu₂O(111)活性晶面, 探讨了不同金属掺杂对Cu(111)和Cu₂O(111)催化剂的草酸二甲酯(DMO)加氢反应活性和选择性的影响. 研究结果显示, 掺杂Zn可有效阻止乙醇酸甲酯(MG)进一步加氢, 提高MG的选择性, Ag助剂可以有效提高加氢活性; 而Pd助剂的添加使MG的生成能垒增高, 降低了MG的选择性. Ag-Cu(111)表面具有适宜的d带中心, 生成CH₃OOCCH₂OH的活性最高. 在Ag, Zn, Pd原子掺杂的Cu₂O(111)表面, Ag-Cu₂O(111)能带带隙小、 价带强度高, 在DMO加氢反应中具有最佳的催化活性. 基于上述结果, 提出铜基催化剂结构调变和性能调控的理论方法, 为高效催化剂的设计提供可靠的理论指导.     

H+−H− Pairs in Partially Oxidized MAX Phases for Bifunctional Catalytic Conversion of Furfurals into Linear Ketones

Currently, less favorable C=O hydrogenation and weak concerted acid catalysis cause unsatisfactory catalytic performance in the upgrading of biomass-derived furfurals (i.e., furfural, 5-methyl furfural, and 5-hydroxymethyl furfural) to ketones (i.e., cyclopentanone, 2,5-hexanedione, and 1-hydroxyl-2,5-hexanedione). A series of partially oxidized MAX phase (i.e., Ti₃AlC₂, Ti₂AlC, Ti₃SiC₂) supporting Pd catalysts were fabricated, which showed high catalytic activity; Pd/Ti₃AlC₂ in particular displayed high performance for conversion of furfurals into targeted ketones. Detailed studies of the catalytic mechanism confirm that in situ hydrogen spillover generates Frustrated Lewis H⁺−H⁻ pairs, which not only act as the hydrogenation sites for selective C=O hydrogenation but also provide acid sites for ring opening. The close intimate hydrogenation and acid sites promote bifunctional catalytic reactions, substantially reducing the reported minimum reaction temperature of various furfurals by at least 30–60 °C.     

Adsorption and Decarbonylation Reaction of Furfural on the Pd(111) and M/Pd(111)(M=Ni,Cu and Ru) Surfaces

By performing with density functional theory(DFT) method, the detailed adsorption process and the catalytic decarbonylation mechanisms of furfural over Pd(111) and M/Pd(111)(M = Ni, Cu, Ru) surfaces toward furan were clarified. The results of atomic size factor, formation energy and d-band center showed that Ru/Pd(111) surface was the most stable and active. The adsorption energies of furfural on the different surfaces followed the order Ru/Pd(111) Cu/Pd(111) Pd(111) Ni/Pd(111). After analyzing Mulliken atomic charge population and the deformation density, we can find that on Ru/Pd(111) surface, the number of charge transfer was the most and the interaction was the strongest. Therefore, its adsorption energy was the highest. Furthermore, the furfural decarbonylation pathway is more kinetically feasible on bimetallic surface, and the reaction is the most likely to occur on Ru/Pd(111).     

光照下钴镍盐催化肉桂醛的转移加氢反应

以甲醇为氢源,研究了光照下金属镍盐、钴盐催化肉桂醛的转移加氢反应.结果表明,以Co(OAc)2和Ni(OAc)2为催化剂,肉桂醛可以发生催化转移加氢反应,得到肉桂醇;就催化剂的转移加氢活性和产物肉桂醇的选择性而言,Co(OAc)2的催化效果更好.与此同时,在反应体系中添加NaOAc和Na2C2O4等碱性添加剂可提高肉桂...     

Ru修饰前后Pd(111)面的性质及对糠醛吸附的比较研究

采用密度泛函理论研究了Pd(111)面和Ru-Pd(111)面的性质及对糠醛的吸附.原子尺寸因素、相对键长、形成能及d带中心等计算结果表明,Ru-Pd(111)面比Pd(111)面稳定且活性强,Ru的修饰优化了Pd(111)面的几何构型.糠醛在Pd(111)面及Ru-Pd(111)面的初始吸附位分别为P(top-bridge)位及P(Pd-fcc-Ru-fcc)位时,吸附能最大,吸附构型最稳定.由电荷布局和差分电荷密度可得,糠醛在Ru-Pd(111)面上电荷转移数更多,相互作用更强烈,因此吸附能更大.分析态密度可知,产生吸附的主要原因是位于-7.34 eV处至费米能级处的p,d轨道杂化.吸附于Ru-Pd(111)面后糠醛分子的p轨道向低能级偏移程度更明显,使Ru改性后的Pd催化剂具有更好的催化活性.     

Pt (111)面和Pt14团簇上肉桂醛吸附及选择性加氢机理研究

利用密度泛函理论研究了Pt（111）面及Pt₁₄团簇对肉桂醛（CAL）的吸附作用和不完全加氢的反应机理。分析吸附能结果表明,肉桂醛分子以C=O与C=C键协同吸附在Pt（111）面上的六角密积（Hcp）位最稳定,以C=C键吸附在Pt₁₄团簇上最稳定,且在Pt₁₄团簇上的吸附作用较Pt（111）面更强。由过渡态搜索并计算得到的反应能垒及反应热可知,肉桂醛在Pt（111）面和Pt₁₄团簇上均较容易对C=O键加氢得到肉桂醇（COL）。其中,优先加氢O原子为最佳反应路径,即Pt无论是平板还是团簇对肉桂醛加氢均有较好的选择性。同时发现,肉桂醛分子在Pt（111）面的加氢反应能垒较Pt₁₄团簇上更低,即Pt的催化活性及对肉桂醛加氢产物选择性与其结构密切相关,其中,Pt（111）面对生成肉桂醇更加有利。     

贵金属催化p-叔丁基-α-甲基肉桂醛加氢

采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、N₂吸脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)揭示了微波辅助-KOH处理对活性炭的物理化学性能的影响规律。 结果表明,活性炭表面的含氧基团的种类增加,微孔明显减少,中大孔的比例增大。 通过浸渍-原位还原方法制备了Pt、Pd、Ru、Rh负载微波辅助-KOH处理活性炭催化剂,并对其催化p-叔丁基-α-甲基肉桂醛选择性加氢性能进行了研究。 发现Pt具有优异的C=O加氢选择性,而Pd具有优良的C=C加氢选择性。 进一步研究了Pd-Pt双组分催化剂催化p-叔丁基-α-甲基肉桂醛加氢产物分布,随着Pt含量的增加, C=O选择性逐步提高, C=C选择性逐渐下降,且当m(Pd)∶m(Pt)=4∶1时,其催化剂的催化性能最佳。