论文部分内容阅读
由于纳米金属粒子独特的催化性能和负载金属催化剂应用的广泛性,负载纳米金属催化剂的制备、表征和催化性能的研究已成为当前催化科学领域关注的焦点。其中制备具有大小均一和粒径可调控的负载纳米金属粒子,是表征金属纳米粒子的表面结构和电子性质以及确定粒子尺寸和载体性质与催化性能的关系,并在此基础上控制活性和选择性的前提和保证。然而,由于制备的困难性和纳米粒子的不稳定性,纳米金属粒子的制备和控制一直是制约负载金属催化剂走向“科学设计”的一大障碍。 甲烷两步转化作为甲烷直接转化的途径之一,已引起众多催化工作者的研究兴趣和关注。该过程是,首先甲烷在负载过渡金属表面产生解离式化学吸附生成表面碳氢物种CHX,然后对CHX进行加氢反应生成C2及以上烷烃。两步过程均在负载金属催化剂表面进行,因此金属粒子的尺寸和电子性质必将影响其催化性能。然而,关于这方面的研究工作还未见报道。 鉴于以上的原因,本工作的主要目的是研究和设计具有均匀金属粒度的负载纳米金属催化剂体系。在对它们进行表征的基础上,研究金属粒子的粒度、电子性质以及载体效应与甲烷两步转化反应催化活性和选择性的关系。研究的内容和取得的进展有以下几个方面: 高分子聚合物PVP和Beta分子筛双配体稳定的负载纳米金属铂的制备和表征 以高分子聚合物PVP和超细Beta分子筛为分散和稳定剂,利用醇水还原的方式制备了具有高分散性能的负载型纳米金属铂催化剂,用DRS,TEM,CO-FTIR,EXAFS和XPS表征技术以及催化反应对其进行了研究,从中确定了催化剂的制备方式,PVP和超细Beta分子筛的作用,以及金属、PVP和分子筛三者相对含量与金属分散度和电子性质的关系。表征结果揭示了这类催化剂特有的性能:即位于双配体中的金属粒子具有粒径小、分布窄且粒子在载体表面分散均匀和稳定的特点;同时,通过调节Pt/PVP/Beta分子筛三者的相对量,可以实现金属铂粒子粒径的可调控性,在一定范围内,随着PVP与Pt摩尔比的增加,平均粒径减小;另外,由于PVP的存在,有效地减弱了金属铂粒子与Beta分子筛间的相互作用,而PVP与金属粒子间的相互作用又是很弱,因此该类催化剂的制备为纳米金属粒子结构的表征和催化反应中粒度效应