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作 者:张锋伟 郭河芳 刘萌萌 赵阳 洪峰[2] 李静静 董正平 乔波涛 Fengwei Zhang;Hefang Guo;Mengmeng Liu;Yang Zhao;Feng Hong;Jingjing Li;Zhengping Dong;Botao Qiao(Institute of Crystalline Materials,Institute of Molecular Science,Shanxi University,Taiyuan 030006,Shanxi,China;CAS Key Laboratory of Science and Technology on Applied Catalysis,Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023,China;College of Chemistry and Chemical Engineering,Lanzhou University,Lanzhou 730000,Gansu,China;Dalian National Laboratory for Clean Energy,Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023,Liaoning,China)
机构地区:[1]山西大学晶态材料研究所,分子科学研究所,山西太原030006 [2]科学院大连化学物理研究所,中国科学院应用催化科学与技术重点实验室,辽宁大连116023 [3]兰州大学化学化工学院,甘肃兰州730000 [4]中国科学院大连化学物理研究所,洁净能源国家实验室(筹),辽宁大连116023
出 处:《Chinese Journal of Catalysis》2023年第5期195-204,共10页催化学报(英文)
基 金:国家自然科学基金(22272095,22172067);山西省省筹资金资助回国留学人员科研项目(2022-003);山西省自然科学研究基金(20210302123434);甘肃省自然科学基金(21YF5GA101).
摘 要:苯胺衍生物是合成药物、杀虫剂、颜料和染料等化工原料的重要中间体,其主要由硝基芳烃选择加氢制得.该反应通常在较高的温度和压力下进行,尤其是底物中含有其他官能团(如卤素、醛、酮和酯等)会因脱卤和过度加氢造成产物的选择性下降,其原因可能是-C-X和-C=C双键比-NO2基团具有更高反应活性以及它们在催化剂表面的不同吸附强度和构型.因此,含竞争官能团的硝基芳烃定向转化从根本上取决于高选择性加氢催化剂的合理设计与制备.为实现含有可还原性基团的硝基芳烃高选择性加氢,研究人员开发了多种方法来构建Pd、Pt基非均相催化剂,如有机分子修饰金属表面、产生载体氧空位、降低金属颗粒组装体尺寸、构筑核壳结构复合材料以及与第二种金属形成合金/金属间化合物.本文采用一种简便可放大的热还原策略合成具有高选择性和稳定的表面应变铂基纳米催化剂(Pt NPs).通过溶剂热法制备Pt/OCNTs预催化剂,然后在H_(2)气氛下对其进行高温处理获得目标催化剂.在该过程中,Pt NPs尺寸稍微增加且被迁移的碳原子覆盖,碳原子源自CNTs载体.Pt NPs外围保护性碳层可有效抑制其聚集和浸出,有望提高催化剂的选择性和稳定性.结合球差校正透射电子显微镜、X-射线吸收精细结构谱和X-射线光电子能谱分析,在退火过程中发现Pt NPs和CNTs载体之间存在较强的金属-载体相互作用(SMSI),进一步升温后Pt NPs表面的部分碳涂层被蚀刻成碳原子,并在Pt NPs表面诱导产生压缩应变.因此,Pt/OCNTs催化剂的热还原处理成功地诱导了Pt NPs和CNTs载体之间的SMSI效应以及Pt NPs的压缩应变.将制备的催化剂用于硝基芳烃底物的选择性加氢,结果表明,表面应变的Pt/CNTs-800H(在氢气气氛中,800℃热处理)催化剂对苯乙烯和硝基苯混合物及4-硝基苯乙烯加氢的化学选择性几乎完全反转,说明CNTs惰性载�Supported Pt nanoparticles(NPs)are highly active catalysts for heterogeneous catalytic hydrogenation reactions;however,controlling their selectivity remains the biggest challenge toward their applicability.Herein,we propose the formation of a highly selective and stable,surface‐strained Pt‐based nanocatalyst via a facile and scalable thermal reduction treatment.Spherical‐aberration‐corrected transmission electron microscopy(SACTEM)and various spectral analytic techniques reveal a strong metal‐support interaction between the Pt NPs and carbon nanotubes(CNTs)support during the annealing process.Thereafter,a fraction of carbon atoms is etched from the carbon‐coated Pt NPs,inducing a compressive strain on the surface of the Pt NPs.Notably,the chemoselectivity of the surface‐strained Pt/CNTs‐800H catalyst(where 800 represents the heat‐treatment temperature;H represents a hydrogen atmosphere)is almost completely different compared to that of its pristine counterpart.This catalyst is used for the hydrogenation reactions of a styrene and nitrobenzene mixture as well as 4‐nitrostyrene.Interestingly,similar findings were observed with 5 wt%Pt/C and Pt/rGO catalysts,confirming that this treatment could be generalized.Hence,it has great potential in the design and synthesis of carbon‐based catalytic materials.
关 键 词:铂基纳米催化剂 热还原处理 金属载体强相互作用 压缩应变 选择性加氢
分 类 号:TQ246.31[化学工程—有机化工] TQ426[一般工业技术—材料科学与工程] TB383.1
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