负载型贵金属基复合催化剂的制备与应用研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:joyden137
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传统方法制备的贵金属催化剂在应用时存在一些问题:如催化活性低,选择性差,有害副产物多,催化剂重复使用率低等缺点。而催化活性高、循环稳定性好的负载型纳米贵金属催化剂受到催化领域的持续关注,在低链烷烃脱氢、芳香基硝基加氢、电催化氧化氧化等催化反应有着非常广泛的应用前景。因此,探索制备颗粒分散性好、原子利用率高的负载型贵金属基催化剂具有非常重要的理论意义与实际价值。基于目前负载型贵金属催化剂的研究现状,负载型贵金属催化剂的研究热点主要从以下几个方面来设计:一方面,可以从贵金属纳米粒子的可控制备考虑。很多研究证实,贵金属纳米粒子的催化活性与纳米粒子的尺寸、形貌,暴露的晶面以及表面性质等息息相关。所以,调控实验制备方法直接控制纳米粒子的尺寸、形貌和暴露晶面等,从而制备出小尺寸、分散度好、高活性和高稳定性的负载型贵金属催化剂;另一方面是选择适宜的载体。载体是负载型贵金属催化剂重要的组分,既能够承载贵金属粒子,又能提高贵金属在载体上的分散度。同时,有些载体可以与活性组分发生强烈地相互作用;在贵金属催化剂与载体之间的界面处有着很高的催化活性,此外,有些催化剂载体本身有一定的催化活性;最后,形成负载型双金属合金。目前,其中一个研究热点就是制备合金催化剂,贵金属与贵金属形成合金,或者贵金属与过渡金属形成合金等。由于两种金属之间有着强烈的协同作用,可以大大提高催化剂的催化活性。本文研究工作的主要成果如下:1.采用简单的羰基铂热解的方法制备了Pt/Al2O3和Pt3Sn/Al2O3,用XRD,IR,TEM等方法对该复合催化材料进行表征分析。并将该催化剂应用到丙烷脱氢反应中,考察了Sn加入前后对丙烷脱氢性能的影响。实验表明,Sn助剂能明显增加铂粒子的分散度和热稳定性,显著提高丙烷脱氢转化率和选择性。2.采用简便的羰基铂团簇热解的方法制备了Pt/RGO,用XRD,TEM,Raman,IR,XPS等方法对该复合催化材料进行表征分析。考察了热解反应的温度,气体氛围对Pt粒径的影响影响。以硝基苯加氢反应来评价所制备催化剂的反应活性。首先探索载体对催化活性得影响,以活性炭,多壁碳纳米管,三氧化二铝和氧化石墨烯为载体,分别制备Pt/AC,Pt/MCNTs,Pt/Al2O3,Pt/RGO。实验发现Pt/RGO在室温1atm H2下反应0.5 h后,硝基苯转化为苯胺得转化率和选择性都为100%。然后,通过改变脱羰基的反应条件来达到调控Pt纳米粒子粒径的目的,进而探究不同粒径的Pt催化剂的硝基苯加氢性能。实验表明,脱羰基条件较温和时,得到的铂粒径越小,催化硝基苯加氢活性越高。最后,测试制备的催化剂循环稳定性,催化剂循环六次后活性有所下降,苯胺的转化率降为92%,说明制备的催化剂有着良好的循环稳定性。3.以葡萄糖为碳源,采用盐酸回流的制备方法,通过控制搅拌速度的方法,制备得到粒径为2nm,20nm的碳点。由于碳点表面存在大量的反应性(如羟基和羧基)官能团,可以原位还原出贵金属(Ag,Pd,Au,Pt)形成复合催化剂。其中,20nm的碳点与还原出来的合金形成新颖的异质二聚体催化剂。通过TEM、IR、Raman方法对该新颖的异质二聚体催化材料进行表征分析。以对硝基苯酚加氢反应为模型反应,考评制备催化剂的反应活性。实验表明与Ag@Carbon dots,Pd@Carbon dots相比,AgPd@Carbon dots双金属催化剂催化效果最好,2.2*10-4mol-1对硝基苯酚完全加氢仅仅需要20 s。催化剂的稳定性也是衡量催化剂性能的一种非常重要的指标。最后,我们测试制备的催化剂的循环稳定性,催化剂循环七次后活性下降较少,说明制备的催化剂有着优良的重复使用性。
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