碱性位促进的高分散Cu和Ni基纳米催化材料的结构及其催化性能
过渡金属催化剂是一类非常常见的催化剂。尤其是钴，镍，铜，铬等几种金属元素，常被用作活性组分或者助剂引入催化剂当中。这类催化剂拥有最大的优势就是价格低廉，然而随着工业的发展，人们越来越倾向于使用无污染的不含Cr等有毒离子的催化剂，因此，钴基，镍基，铜基催化剂成为了研究的热门。但是，一般的钴，镍，铜催化剂拥有催化活性低下，所需反应条件苛刻，比表面较小，颗粒易团聚等缺点。因此如何制备一种催化活性好，比表面积较大，分散性较好的过渡金属催化剂，成为了当今催化界的一大研究热点。过渡金属催化剂的制备方法繁多，一般被人们常用的传统浸渍法，沉淀沉积法等方法，其制备出来的过渡金属催化剂存在着上述缺点，因此采用新型制备工艺至关重要。 本文采用非传统的制备方法制备具有丰富碱性位的高分散金属催化材料，用该方法制备出来的催化剂具有较高的比表面以及高分散性能，并用于一些碱中心促进的反应当中，显示出了良好的催化性能。通过对催化剂的表征分析可以推断出活性组分与碱位的协同作用所产生的催化机理。 （一）使用成核晶化隔离法制备不同铜负载量的Cu/MgO催化剂，用于1，4-环己烷二甲酸二甲酯(DMCD)加氢制备1，4-环己烷二甲醇(CHDM)的反应以及糠醛(FAL)加氢制备糠醇(FOL)的反应中。经过一系列的表征我们发现碱位对于活性组分Cu的促进作用是该催化剂高活性的重要因素。在这一系列不同负载量的Cu/MgO催化剂中，理论Cu负载量为25％的催化剂表现出了良好的催化性能以及催化效率，不仅对于该两种反应的产率达到95％以上，并且具有相当优秀的催化效率。其主要原因是由于该催化剂中的MgO载体产生了大量的强碱中心，对活性组分Cu0具有一种强作用力，从而产生了一种具有高催化效率的Cu0(B)，使得催化剂的整体活性与效率大大提升。 （二）通过Ni-Mg-Al水滑石前体经过高温焙烧还原制得高分散镍基催化剂，用于催化山梨醇氢解制备低元醇的反应当中。通过XRD，TPR，TPD，XPS等表征方法对催化剂及其前体进行了系统表征。从催化反应结果来看，当Ni∶Mg∶Al比例达到4∶8∶6时，催化剂产率最高，但选择性有待进一步提升。于是我们在Ni-Mg-Al前体中引入了Co作为助剂，与活性中心Ni共同作用。改变不同的Co含量，我们发现Ni∶ Mg∶ Al∶ Co为4∶8∶4∶2的催化剂，其选择性最好，尤其是对1，2-丙二醇的选择性高达40％以上，在目前报道的同类催化剂中达到了最优值。这是由于Co的引入改变了催化剂的化学环境，产生了一种超强碱中心，此外Co与活性中心Ni产生了相互作用，限制了Ni颗粒的生长，最终从碱强度和碱量上改变了催化剂的碱性条件，使得反应路线进行了“逆羟醛缩合”反应，从而导致了该催化剂的高选择性。
碱性位;纳米催化剂;分散性能;成核晶化隔离法
北京化工大学
硕士
化学
李峰
2015
中文
O643.36;TB383
80
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）