Aliphatic amines modified CoO nanoparticles for catalytic oxidation of aromatic hydrocarbon with molecular oxygen  

脂肪胺修饰的CoO纳米粒子催化分子氧选择氧化芳香烃（英文）

作　　者：Meng Liu Song Shi Li Zhao Chen Chen Jin Gao Jie Xu 刘梦;石松;赵丽;陈晨;高进;徐杰(中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,洁净能源国家实验室(筹),辽宁大连116023;中国科学院大学,北京100049;宁波大学材料科学与化学工程学院,浙江宁波315211)

机构地区：[1]State Key Laboratory of Catalysis,Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian National Laboratory for Clean Energy,Dalian 116023,Liaoning,China [2]University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China [3]School of Materials Science&Chemical Engineering,Ningbo University,Ningbo 315211,Zhejiang,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2019年第10期1488-1493,共6页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (21790331,21603218);the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (XDA21030400,XDB17020300)~~

摘　　要：The surface modification of metal oxides using organic modifiers is a potential strategy for enhancing their catalytic performances.In this study,a hydrophobic surface amine-modified CoO catalyst with a water contact angle of 143°was fabricated.The catalyst was characterized by XRD,TGA,FT-IR,HR-TEM,and XPS.The results showed that the fabricated catalyst performed better than the hydrophilic commercial CoO nanoparticle in the process of aromatic hydrocarbon oxidation.After the amines modification,commercial CoO also became hydrophobic and improved conversion of ethylbenzene was achieved.The surface modification of CoO with amines induced the hydrophobicity property,which could serve as a reference for the design of other hydrophobic catalysts.以分子氧为氧化剂实现烃类的选择氧化在学术研究和工业应用中均具有重要的意义.钴氧化物(CoOx)纳米粒子在催化烃类选择氧化过程中具有较高的催化活性,其粒径、孔结构以及组分等因素均对催化活性有着重要的影响.由于烃类氧化反应过程中生成的产物分子极性大于底物分子,使得疏水的催化剂对该类反应有利.而CoOx由于自身表面羟基的存在呈亲水性质,因此可以通过疏水修饰进一步提升CoOx的催化活性.我们课题组报道了通过有机硅烷的修饰方法制备了疏水钴基二氧化硅材料,该过程是通过对载体的间接修饰而达到调控催化剂亲疏水微环境的目的.然而,关于CoOx活性位点的直接疏水修饰较少报道,对于CoOx进行修饰制备疏水纳米粒子是一个具有挑战性的工作.本文利用有机胺对CoOx纳米粒子进行有机修饰,得到了丁胺(BA)修饰的BA-CoO和十二胺(DA)修饰的DA-CoO催化剂,静态水滴接触角分别为126°和143°,证明了其表面呈疏水性质,并且二者疏水角度具有一定的差异.通过X射线粉末衍射测定了催化剂的晶型为立方相CoO,从高分辨透射电镜结果也观察到了CoO(111)晶面的晶格条纹,晶面间距为0.25nm.通过透射电镜表征方法,对纳米粒子的形貌和粒径大小进行分析,BA-CoO和DA-CoO均为纳米立方体的形貌,其中DA-CoO的纳米粒子相对均匀并且粒径更小,这可能是由于DA的碱性相对于BA较弱,从而使得前驱体分解更慢导致.进一步通过红外光谱和X射线光电子能谱证明了纳米粒子中有机胺的存在.在催化芳香烃类分子氧氧化反应中,疏水性的DA-CoO和BA-CoO均表现出比亲水性的CoO更高的催化活性,其中DA-CoO催化乙苯转化率为53%,苯乙酮选择性为78%;而亲水的CoO对应的转化率和选择性分别为18%和69%.通过利用DA和2-辛醇体系对商品化的CoO进行修饰,经过250℃处理5h得到了疏水的CoO,水滴接触角为143°.将该催

关 键 词：Hydrocarbon oxidation Hydrophobic modification Amines coating Cobalt oxide Surface modification 

分 类 号：O64[理学—物理化学]