金属催化剂是一种能够在化学反应中改变化学反应速度而本身不成为反应最终产物组分的金属物质。催化反应分为均相和多相两种,以后者为主。金属催化剂是非常重要的多相催化剂。主要用于加氢、脱氢反应,也可用于氧化反应。过渡金属是有效的加氢和脱氢催化剂,可分为贵金属系(以钯和铂为主,钌、铑、铱等也经常使用)和一般金属系(铁、钴、镍、铜、锌等)。金属催化剂对化学工业和石油化学工业的发展有非常重大的意义。例如,羰基合成、氨合成、烃类加氢等都要使用不同种类的金属催化剂。金属催化剂的主要性能指标是活性(催化能力)、选择性(催化作用的专一性)和稳定性(使用寿命)。催化剂除了金属活性组分外,还要添加少量助催化剂(例如类金属B、P等)和载体,以改善催化性能。目前在催化剂的制备中非常热门又具有非常重要作用的是纳米催化剂,因为其表面原子占有的体积比非常大,再加上表面原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子很容易与其他物质作用。所以,纳米催化剂的催化活性显著高于传统催化剂,被国内外称作第四代催化剂。在纳米催化剂中非晶态合金在尺寸上是纳米级的,在结构上又表现为长程无序而短程有序的结构,这种结构使催化剂具有优良的催化活性、选择性和抗中毒能力。而且在制备过程中环境污染少、催化效率高等优点,符合当今化工生产的发展趋势,日益引起人们的重视。然而经过几十年的研究,非晶态合金催化剂还存在一定的缺陷,例如活性位分布不均匀,比表面积较小,分散度低等问题,影响催化活性。本论文使用目前金属材料最前沿的制备技术,结合新型设备,探索新型催化剂的制备方法,尝试将金属催化剂制备成易回收、比表面大,同时方便介质传输的新型高效催化剂,并深入研究其性能与结构之间的关系。一、催化剂制备:(1)多层Pd-P合金催化剂的制备:通过特殊表面活性剂自组装原理形成双十二烷基二甲基溴化铵-钯氨水络合物的体系,制备出一系列的Pd-P合金催化剂,调节表面活性剂和环已烷的量,合成出多层Pd-P合金催化剂;(2)中空Ni基催化剂的制备:通过化学置换的原理,用硼氢化钾作为还原剂,调节置换液的浓度,考察了置换反应的过程,最终形成中空Ni基催化剂。二、催化性能评价:(1)加氢性能评价:采用高压液相麦芽糖加氢反应考察不同催化剂的催化活性。在一定容积的高压釜内依次加入一定量的催化剂和反应物(麦芽糖),溶剂为超纯水,在一定压力和温度下进行加氢反应,通过釜内压力变化可以观察出催化反应初始吸氢速率。采用液相色谱分析产物,确定反应物的转化率及产物的选择性。结果表明:a.采用化学置换方法制备出的中空Ni-Ru非晶态合金催化剂比普通方法制备的纳米颗粒催化剂性能优越,这主要归因于其较大的比表面和特殊的界面结构。同时,该材料是亚微米尺寸的,使得催化剂的回收和处理容易,套用次数大大增加。此外,本方法具有普遍的意义,它可以发展为一般的方法并应用到其它合金的纳米材料的合成中。(2)电催化性能评价:采用乙醇电催化氧化作为探针反应,考察了不同催化剂的催化活性。首先对玻碳电极进行前处理,玻碳电极分别连续用不同尺寸的Al2O3粉末抛光,直至产生一个平滑、光亮的表面。然后用多层钯催化剂对电极进行修饰,在电化学工作站中进行电化学测试。结果表明:通过特殊表面活性剂自组装原理制备的多层Pd-P催化剂在乙醇电催化氧化中相对普通方法制备的Pd-P催化剂表现出更好的催化活性。三、催化性能与结构关系的研究本论文通过BET、XRD、TEM等测试手段,对材料进行了详细的分析和表征,讨论了不同材料的形成机理,并通过SAED、XPS等相关表征进一步研究了了材料的表面性质,同时探讨了催化剂结构与性能的关系。并表明了如下几点:(1)通过表面活性剂自组装的方法,采用化学还原法制备多层Pd-P非晶态合金催化剂,并将其应用于乙醇电催化氧化反应,比常规的Pd-P催化剂表现出更高的催化活性,这主要归因于多层结构给传送电子提供了非常有利的环境和途径。(2)通过化学置换的方法,调节分散剂PVP的浓度,制备出中空Ni-Ru合金催化剂,该类催化剂比普通方法制备的合金纳米颗粒催化剂性能优越,这主要归因于其较大的比表面和特殊的界面结构。此外,本方法具有普遍的意义,它可以发展为一般的方法并应用到其它合金的纳米材料的合成中。