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过氧化氢是一种环境友好型氧化剂,在绿色化工生产、制药、航天以及废水治理等行业具有广泛的用途。目前商用过氧化氢的工业生产方法主要为蒽醌自氧化法,然而蒽醌自氧化法的有机物中间体会造成环境污染,而且存在分离及运输成本高等局限性。氢气氧气直接合成过氧化氢不会产生污染物,同时能够显著降低过氧化氢后期分离及运输成本,实现小规模实时在线生产,是重要的原子经济型合成路径,意义深远。 在影响过氧化氢直接合成的众多因素中,高性能催化剂的开发是实现直接法工业化的关键因素。在本实验中,创新性地筛选出非贵金属Bi、Te作为金属助剂,通过传统浸渍法制备出一系列不同比例的Pd-M/TiO2(M=Te、Bi)催化剂,再辅助TEM、XRD、XPS、CO-DRIFTS、O2-TPD、EXAFS及CO脉冲化学吸附等表征手段,深入研究并揭示了Bi及Te对Pd催化剂用于过氧化氢直接合成反应的促进作用及催化剂构-效关系。结果表明,Bi、Te的加入能够显著提高双氧水的选择性,当Pd/Te为100/1时,双氧水初始选择性达到近100%,而过量加入Bi及Te会导致表面氧化物薄膜的形成,堵塞活性位,因此必须精密控制Te/Pd比例以获得最优的性能。第二金属Bi、Te的添加能够稀释表面连续Pd活性位,提高Pd催化剂对氧气的非解离活化能力,从而提升过氧化氢选择性;另一方面,添加Bi及Te促进了Pd催化剂颗粒的分散,降低了催化剂颗粒粒径并导致低配位活性位增多,促进了氧气的非解离活化。因此,在应用中必须严格控制Bi及Te的添加量,得到最优比例的双金属表面位及粒径大小,从而实现过氧化氢的高性能生产。本论文研究为设计及制备高性能Pd-非贵金属合金催化剂提供了新的思路。