钯基合金催化剂用于氢气氧气低温常压下直接合成过氧化氢反应的研究

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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。
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