金属纳米复合催化剂合成与应用的最新进展

随着纳米技术的发展,金属纳米复合材料由于其特殊的物理化学性质和潜在的催化应用受到越来越多的关注。本文系统地介绍了金属纳米复合催化剂最新的研究进展。首先,我们介绍了一些金属纳米复合催化剂的合成方法。其次,为了更好的优化催化剂的结构与催化活性的关系,并深入理解催化反应机理,我们讨论了金属纳米复合催化剂一些重要因素（包括粒子粒径、形貌、组成、载体或配体）对催化活性和选择性的影响。最后,我们进一步介绍了金属纳米复合催化剂在还原不饱和化学键中的应用（N=O,N≡C和C=O）,同时还对金属纳米复合催化剂的发展方向进行了展望。     

Pt/ZrO2-Al2O3催化剂催化氧化C3H6和CO性能

采用共沉淀法合成了ZrO₂与Al₂O₃的不同质量比的ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物,并以此为载体通过等体积浸渍法制备了1.5% Pt/ZrO₂-Al₂O₃（w/w）催化剂。以C₃H₆和CO为反应物的催化性能评价显示,在系列催化剂中以Pt/Zr（0.4）-Al₂O₃催化剂催化氧化活性最为优异,其C₃H₆和CO的起燃温度（T₅₀）小于125℃,完全转化温度（T₉₀）小于150℃。采用XRD、低温N₂吸附、H2-TPR、CO脉冲吸附等分析表征技术探索了催化剂物相结构、比表面积、颗粒尺寸等对催化活性的影响规律。结果发现,ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物具有Al₂O₃材料的介孔织构和大比表面积特性,且产生了Al_xZr_1-xO_y固溶体新物相。适当的ZrO₂与Al₂O₃的质量比,是改善Pt与ZrO₂-Al₂O₃的相互作用强度,促进贵金属Pt的分散,提升Pt/ZrO₂-Al₂O₃催化剂的低温氧化活性的关键。     

金鸡纳碱衍生物修饰的负载铱催化剂催化芳香酮不对称加氢

以金鸡纳碱衍生物作为手性修饰剂, 研究了三苯基膦稳定的Ir/SiO₂催化剂催化芳香酮多相不对称加氢. 通过电感耦合等离子体原子发射发谱(ICP-AES)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X 射线光电子能谱(XPS)、Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积测试等固体表面分析手段对负载铱催化体系进行了表征; 利用红外(IR)光谱、固体核磁共振(NMR)等分析手段初步表征了负载铱多相催化体系中手性修饰剂-金属-稳定剂在载体上的相互作用; 利用“均相与多相催化体系的对比”、“催化剂稳定性实验”、“汞中毒实验”等方法阐明了手性修饰的负载铱催化体系是多相催化体系. 还考察了稳定剂种类、修饰剂种类、金属负载量、溶剂、碱添加剂种类等因素对不对称加氢反应的影响. 结果表明, 金鸡纳碱衍生物对Ir/SiO₂催化剂具有较好的修饰作用, 在优化反应条件下苯乙酮及其衍生物加氢反应的对映选择性为52%-96%, 4-乙酰基吡啶、2-乙酰基噻吩及2-乙酰基呋喃加氢反应的对映选择性可分别达到74%、75%及63%.     

高镍负载量Ni/SiO2和低镍负载量Ni-Ce/SiO2催化CO甲烷化的比较研究

采用等体积浸渍法制备了高镍负载量的13%Ni/SiO₂(13Ni/Si)催化剂和低镍负载量的7%Ni-2%Ce/SiO₂(7Ni-2Ce/Si)催化剂.通过N₂物理吸附、XRD、FT-IR、TEM、H₂-TPR/TPD等技术对催化剂进行表征,在连续流动微反装置上考察了催化剂的CO甲烷化活性.结果表明,在7Ni-2Ce/Si催化剂中NiO、CeO₂和SiO₂之间产生的相互作用,改变了Ni-O-Si键的化学环境,促进了氧化镍物种的分散和还原,进而提高了催化剂的活性比表面积,同时在催化剂表面形成了新的中等强度的CO吸附中心.与高镍负载量的13Ni/Si催化剂相比,低镍负载量的7Ni-2Ce/Si表现出更高的CO吸附能力和甲烷化活性.常压下,在CO体积分数1%和空速7 000 h^-1的反应条件下,低镍负载量的7Ni-2Ce/Si催化剂上CO完全甲烷化最低温度为230 ℃,比高镍负载量的13Ni/Si低了30 ℃.     

微流控技术制备微胶囊负载钯催化剂

采用微流控技术结合悬浮聚合方法实现了百微米级含膦配体聚苯乙烯微胶囊的可控制备, 微胶囊尺寸在320~420 μm范围内可调, 且单分散性好. 扫描电子显微镜、能量散射光谱和电感耦合等离子发射光谱结果证实了其形貌和组成的均匀性及钯负载的可控性和有效性. 以溴代芳烃与苯硼酸的Suzuki偶联反应为模型反应评价了负载Pd(PPh₃)₄的百微米级微胶囊的催化性能, 发现其性能与文献报道的7~8 μm的同类催化剂微胶囊接近, 且均优于均相催化剂; 该催化剂经简单过滤后, 可实现多次循环使用, 未发现活性物种的流失. 该法实现了连续制备, 因而有助于提高制备的效率和可控性. 另外, 所制百微米级催化剂微胶囊在固定床反应器内具有较高催化剂浓度和机械性能, 且优于浆态床中使用的微米级催化剂微胶囊.     

新型核壳结构纳米催化剂的三效催化活性及热稳定性

从Pd纳米粒子出发制备了具有核壳结构的新型纳米Pd@SiO₂/Ce_0.4Zr_0.6O₂三效催化剂及作为参比的Pd/Ce_0.4Zr_0.6O₂催化剂, 采用X射线衍射、 透射电子显微镜、 氢气程序升温还原和氮气低温吸附-脱附等技术对催化剂的物化性质进行了表征, 研究了Pd@SiO₂/Ce_0.4Zr_0.6O₂和Pd/Ce_0.4Zr_0.6O₂催化剂的三效反应催化活性和热稳定性. 结果表明, SiO₂壳层可以抑制Pd粒子的团聚, 同时还能抑制Pd物种的再分散, 减少Pd的流失. 具有核壳结构的纳米Pd@SiO₂/Ce_0.4Zr_0.6O₂催化剂具有更好的三效催化活性和更高的热稳定性.     

基于第一性原理方法研究ReOx在ReOx-Rh/ZrO2和ReOx-Ir/ZrO2催化的甘油氢解反应中的作用机制

采用密度泛函理论研究了ZrO₂负载的Ru基、Rh基以及Re改性的Rh基、Ir基催化剂上甘油氢解生成1,2-丙二醇和1,3-丙二醇的热力学过程, 重点考察了ReO_x调变催化剂活性和选择性的作用机制. 结果表明, Ru/ZrO₂和Rh/ZrO₂催化剂上甘油分解经由脱水-加氢反应途径, 1,2-丙二醇的生成是热力学有利过程, 其中Ru基催化剂活性更高. 在Re修饰的Rh基和Ir基催化剂上, 反应遵循直接氢解机理, 其中金属表面解离的氢原子进攻ReO_x团簇上与醇盐紧邻的C-O键是催化甘油转化为丙二醇最核心的步骤. ReO_x-Rh/ZrO₂催化剂上1,2-丙二醇为主要产物, 并伴随1,3-丙二醇的生成, ReO_x的修饰则显著提高了Ir/ZrO₂催化剂上1,3-丙二醇选择性. 与单金属催化剂上发生的间接氢解机理相比, 修饰催化剂上1,3-丙二醇选择性的提高可主要归因于Rh(Ir)-Re协同催化的直接氢解反应过程, 其中羟基化铼官能团有利于末端醇盐中间体的生成. ReO_x-Ir/ZrO₂催化剂上较大的Ir-Re团簇使得末端金属醇盐的立体优选性比次级醇盐更为突出, 从而具有最高的1,3-丙二醇选择性.     

Transesterification of Soybean Oil Catalyzed by Calcium Hydroxide which Obtained from Hydrolysis Reaction of Calcium Carbide

Calcium carbide residue (CCR) was investigated in transesterification reaction of triglycerides to determine its viability as a solid catalyst for biodiesel synthesis. Literature survey showed that CCR has never been studied as a solid catalyst in the transesterification of triglyceride. The scope of the study includes the effects of CCR calcination temperature, calcination time, the alcohol/oil molar ratio, the catalyst amount (wt % of oil) and the reaction time. The relationship between chemical composition and catalytic activity of waste cement was also investigated. These CCR catalysts, thermally activated at 600 °C, can give rise to fatty acid methyl esters (FAME) purity higher than 99.5%, after 3 h of reaction, when oil/methanol molar ratio of 1/12 and 1 wt % of the catalyst were employed. Application of CCR as catalyst for biodiesel production in this study may not only provide a cost‐effective and environment friendly way of recycling CCR waste but also reduce hopefully the cost of biodiesel production.     

沉淀剂对悬浮共沉淀法制备二甲醚催化剂的影响

以无水乙醇为溶剂,将Cu、Zn和Al的硝酸盐并流共沉淀在HZSM-5分子筛的悬浮溶液中,一步合成CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5双功能催化剂.研究了沉淀剂的种类、加入顺序和加入量对催化剂活性的影响.结果表明,以适量的草酸作沉淀剂,采用悬浮液并流共沉淀法制备的双功能催化剂,对CO2加氢直接合成二甲醚有较高的催化性能:在固定床反应器中,温度为270℃,压力为3.0 MPa,空速为4 800 h-1的反应条件下,CO2的单程转化率达到28.7%,二甲醚的选择性达到53.2%.BET、XRD、TPR、TPD和N2O滴定等对催化剂结构表征结果表明,双功能复合催化剂CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5的结构影响CO2加氢合成二甲醚的催化性能.     

苯丙酮酸催化氢化合成β-苯基乳酸

以甲醇为溶剂，在70℃，3．0MPa苯丙酮酸经Raney—Ni催化氢化反应1h得到了β-苯基乳酸的白色针状结晶，收率91％，转化率91%。并解析了β-苯基乳酸的IR及MS谱图。