碳载Pt单原子催化剂的制备及其在催化加氢反应中的应用

发布时间：2017-12-07 04:24

  本文关键词：碳载Pt单原子催化剂的制备及其在催化加氢反应中的应用

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【摘要】：官能化芳胺普遍应用于医药、农药、燃料和化工等领域,是非常重要的有机中间体。目前,芳胺及官能化芳胺主要通过芳香硝基化合物的选择加氢制得,催化加氢过程主要受催化剂催化性能的影响。研究表明,负载金属型催化剂在选择催化加氢过程中呈现出优异的催化性能,然而负载金属型催化剂的催化活性主要受金属活性成分的影响,但在反应过程中活性金属不能全部参与反应而经常出现脱卤或者不饱和基团被还原的现象。实验发现,负载金属型催化剂的催化性能主要受金属颗粒的尺寸影响,研究者尝试降低活性金属颗粒的尺寸,发现当载体表面的活性金属的尺寸达到原子级别时,每一个金属原子的催化效果均能达到最佳,从而提高催化剂的催化性能。最新研究结果表明,单原子催化剂在化学选择加氢中具有非常优异的催化性能,因此如何制备单原子催化剂显得尤为重要。目前,用于单原子催化剂制备的方法主要有:原子层沉积法、共沉淀法、浸渍还原法、逐步还原法和质量软着陆法等,其中成功制备出Pt单原子催化剂的方法包括:原子层沉积法、共沉淀法及浸渍法等,但是这些方法需要提前准备好载体,再将单原子负载于载体表面,由于单原子负载于载体表面,因而在反应过程中容易发生团聚,降低催化剂的活性。本文选用简单快速的合成方法—液体等离子体放电法,在碳洋葱生长的过程中将pt单原子钉扎在碳洋葱层中,提高了金属pt单原子的稳定性。本文首先研究了放电电流及电极棒对产物形貌及结构的影响,通过hrtem,stem,eds,raman,xrd和xps等对产物中碳的形式、pt颗粒的尺寸及pt颗粒的分散性进行了分析。通过优化实验参数,成功制备出碳洋葱负载pt单原子催化剂。这是首次通过液体等离子体放电法成功制备出单原子催化剂,得到的pt单原子催化剂具有超高分散性和高稳定性的特点,且pt的负载量较低,仅为0.298wt.%。将pt单原子催化剂应用于芳香硝基化合物选择加氢过程中,实验发现pt单原子催化剂在乙醇中选择率与转化率均大于99%,在此基础上通过实验得到了催化加氢反应的最佳条件。此外,本文还研究了pt单原子催化剂在不同芳香硝基化合物选择催化加氢过程中的催化性能,结果表明pt单原子催化剂不仅在不同的选择加氢过程中都表现出了优异的催化性能,而且可以高选择性地将卤代硝基苯转化为卤代苯胺且没有任何脱卤现象,表明本课题制备的pt单原子催化剂具有很好的稳定性,在对氯硝基苯选择加氢的过程中,pt单原子催化剂可以循环使用10次且选择率和转化率均没有降低(均大于99.6%),更重要的是pt单原子催化剂在循环使用5次后催化剂中pt的负载量基本没有减少(反应5次后pt负载量为0.286wt.%)。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36

【参考文献】

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1 靳永勇;郝盼盼;任军;李忠;;单原子催化——概念、方法与应用[J];化学进展;2015年12期

2 李君瑞;李晓红;丁s，

本文编号：1261147