通过FeO_x修饰Pd/Al_2O_3催化剂提高催化1,3-丁二烯加氢活性和选择性（英文）

石油脑裂解制备的烯烃流中通常含有~1%二烯烃或者炔烃,其含量必须降低到10 ppm以下以避免其对下游聚合催化剂的毒化作用.对这些副产物选择性加氢生成单烯烃是降低其含量最有前景的方法.Pd基催化剂具有高的加氢活性和选择性,是目前最为常用的加氢催化剂,但是它也存在高转化率下选择性较低和容易因积碳而失活的问题.合成Pd基双金属催化剂和对Pd催化剂进行氧化物包裹是目前最为常用的方法,但是这两种方法往往在提高选择性的同时,降低了Pd催化剂的加氢活性.本文利用原子层沉积(ALD)FeO_x修饰Pd/Al_2O_3催化剂,在提高Pd催化剂选择性的同时,1,3-丁二烯选择性加氢活性也得到提高.表征结果发现,该样品中Pd负载量为1%,Fe负载量则随着原子层沉积FeO_x周期增加而逐渐增加;催化剂中Pd颗粒大小约为7 nm,其表面并未观察到FeO_x覆盖层;Pd,Fe元素分布表明FeO_x在Pd颗粒表面生长.CO红外漫反射光谱也发现,随着ALD FeO_x周期的增加,CO在Pd颗粒表面的吸附特征峰强度逐渐降低,表明FeO_x逐渐覆盖Pd颗粒表面;与此同时,随着FeO_x包裹周期的增加,CO吸附在Pd(111)面的特征吸收峰相对于其吸附在边角位的特征峰,降低得更为明显.这表明FeO_x优先覆盖Pd(111)面,而选择性地将Pd低配位点暴露,与ALD Al_2O_3包裹Pd颗粒的结果恰恰相反.X射线光电子能谱分析表明,在所有催化剂中Fe均以+3价形式存在;同时,因为Pd-FeO_x间存在强相互作用,所以随着FeO_x包裹周期的增加,金属态Pd逐渐向高结合能方向移动,使表面Pd处于缺电子状态.随后,我们对不同FeO_x周期包裹Pd催化剂进行了1,3-丁二烯加氢活性测试.在25 oC时Pd/Al_2O_3催化1,3-丁二烯转化率为6.7%;随着温度升高,转化率逐渐上升,至43 oC时达100%.相反,在26 oC时,30Fe/Pd/Al_2O_3对1,3-丁二烯的转化率为45%,远高于Pd/Al_2O_3催化剂;这可能是因为缺电子的Pd或Pd-FeO_x界面存在所致.Pd/Al_2O_3催化剂在较低的转化率(75%)下,1-丁烯、反式-2-丁烯和顺式-2-丁烯选择性分别为74%,20%和6%;随着转化率的增加(75%~90%),1-丁烯选择性急剧下降,丁烷选择性快速上升,反/顺-2-丁烯选择性也略有增加,表明此时次级反应1-丁烯加氢占主导,同时伴随着1-丁烯异构化反应;当转化率继续增加(90%),1-丁烯,反/顺-2-丁烯加氢生成丁烷为主要反应,此时丁烷选择性急剧上升,至转化率为99%时,丁烯选择性仅为52%.而当Pd催化剂表面存在FeO_x时,丁烯选择性随着FeO_x周期增加而逐渐增加,尤其是在较高转化率下(75%);对于30Fe/Pd/Al_2O_3催化剂,转化率为99%时,丁烯选择性高达95%.这主要是因为在高转化率下,FeO_x将Pd颗粒表面分割成较小的Pd团簇,降低了Pd颗粒表面吸附氢气浓度,抑制了丁烯加氢反应,而次级反应1-丁烯异构化占主导,使得丁烯选择性不变.