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近三十年来Au纳米材料引起了众多学者的广泛研究和关注,是目前催化领域的一个研究热点。本研究以甲酸分解反应为模型,研究了Au基催化剂的催化作用,论文因选择载体的不同而分为两部分: 1)碳纳米管促进Au/Al2O3催化剂对甲酸分解的催化研究 利用碳纳米管作为添加剂,研发出一种高效新型的Au/CNTs-Al2O3催化剂,其对甲酸分解脱氢具有较高催化活性。经过优化后的Au/CNTs-Al2O3催化剂,在甲酸和甲酸钠摩尔比为7∶3的条件下,363 K时甲酸分解的转化频率可达356 h-1,比没有掺杂CNTs的Au/Al2O3基底催化剂的活性提高了71%,比直接使用CNTs作载体的Au/CNTs催化剂提高了236%。利用气相色谱检测分解后的气体产物,发现其中CO的体积分数小于10-4,保证了分解得到的氢气的清洁与干净。 联合谱学表征结果表明,碳纳米管的加入不仅增大了载体的比表面,高度分散催化剂表面Au颗粒粒径在2 nm左右,而且提高了催化剂表面活性物种Au0的比例。同时,碳纳米管的高吸氢、储氢能力,也有助于活性位上甲酸分子解离下来的H物种向碳管溢流、扩散,从而促进了甲酸脱氢的活性。 2)碱金属促进甲酸分解脱氢的高效Au/SiO2催化剂 利用碱金属(M)作为促进剂,研发出一种碱金属掺杂的高效新型M-Au/SiO2催化剂,经优化后的催化剂在没有甲酸钠的存在下,363 K时催化甲酸分解的TOF达到784h-1,是没有掺杂碱金属的Au/SiO2基底催化剂(TOF为176 h-1)的4.45倍。该催化剂在经过10次循环反应后依然具有较高活性。在甲酸钠下,其活性更是高达4500h-1以上。实验中在各温度下考察了M-Au/SiO2对甲酸分解的催化活性,反应活化能为94.6 kJ/mol,与Au/SiO2的活化能相差不大,认为碱金属的加入并没有改变反应的历程。 联合谱学表征结果表明实验中制备的M-Au/SiO2催化剂中Au粒子较小,且碱金属的加入有效的抑制了Au在反应过程中的团聚。另外,XPS结果表明碱金属的加入提高了还原态催化剂表面Au0物种存在的比例。但对该反应而言,催化剂表面一定比例Auδ+的存在是相当必要的。反应过程中,M-Au/SiO2催化剂表面的碱金属相关物种会逐渐进入到反应液中,以离子的形式存在,而溶液中存在的碱金属离子是促进甲酸分解进行的关键。