碳氮材料負載鉑催化劑的制備及在肉桂醛加氫反應中的應用.pdf

1、α，β-不飽和醛選擇性加氫是化工生產(chǎn)的關(guān)鍵反應之一，其產(chǎn)物是香精、香料、化妝品、醫(yī)藥、殺菌劑合成的重要原料和中間體。由于α，β-不飽和醛分子中共軛C=O鍵和C=C鍵反應性的差異，導致加氫時一系列的競爭反應和產(chǎn)物的多樣化。探索新型加氫催化劑的設計與制備，改善加氫反應的活性與選擇性，對于控制化學反應的方向性，提高工業(yè)生產(chǎn)的效益具有深遠的意義。
　　碳氮材料作為一種新型碳材料，已經(jīng)成為國際碳材料領(lǐng)域的熱點之一。氮的引入，改變了碳材料的組

2、成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，成為調(diào)控所負載加氫催化劑性能的潛在手段，而賦予碳氮載體材料一定磁性，則可實現(xiàn)選擇性加氫反應中非均相催化劑的高效分離與循環(huán)使用。
　　本論文工作以鉑為活性組分，磁性或非磁性碳氮材料為載體，制備兩類催化劑Pt/Fe3O4@C-N及Pt/g-C3N4，考察催化劑在肉桂醛選擇性加氫反應中的性能，探索催化劑組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1、通過溶劑熱法合成了磁性Fe3O4納米微球，并以水熱法將氮

3、摻雜碳(C-N)包覆在Fe3O4表面，獲得磁性核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@C-N復合載體。以乙二醇為還原性溶劑，氯鉑酸為前驅(qū)體，通過原位還原將Pt負載到Fe3O4@C-N，制得Pt/Fe3O4@C-N催化劑。采用元素分析、傅利葉變換紅外光譜(FT-IR)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)等技術(shù)對催化劑進行表征。結(jié)果顯示:Fe3O4磁性納米顆粒尺寸均一、呈單分散的球型;氮摻雜碳層包覆在磁核表面

4、，厚度大約10 nm;鉑納米顆粒粒徑為2-3 nm，均勻地分散在載體表面，無團聚現(xiàn)象。
　　2、將催化劑Pt/Fe3O4@C-N應用于肉桂醛加氫反應，重點考察了不同氮含量對加氫反應的影響，同時還考察了不同反應溫度、氫氣壓力、負載量對肉桂醛加氫反應的影響及催化劑重復使用性能。研究發(fā)現(xiàn):在相同的反應條件下，氮含量為2.9％時催化活性最佳，肉桂醛轉(zhuǎn)化率為82.6％，肉桂醇的選擇性為98％，與未摻雜氮的催化劑相比（肉桂醛轉(zhuǎn)化率65％，肉桂

5、醇選擇性93.2％），活性有了明顯提升;在外加磁場作用下，催化劑與反應體系可以迅速分離;催化劑使用5次之后，催化活性基本不變，具有較好的循環(huán)使用性能。
　　3、以尿素為原料，高溫煅燒合成了片層狀氮化碳g-C3N4，通過原位還原法載鉑得到Pt/g-C3N4催化劑，考察了載體煅燒溫度對肉桂醛加氫反應中催化劑性能的影響。結(jié)果表明:載體g-C3N4中存在許多含N官能團，有利于Pt納米顆粒的穩(wěn)定;金屬Pt納米粒子均勻分散在g-C3N4表面，