限域結構釕金屬及合金納米粒子催化劑材料的制備及催化加氫性能研究.pdf

1、金屬Ru基催化劑在諸多催化反應中獲得廣泛應用，特別是在芳香族化合物的加氫反應中顯示優(yōu)異的催化性能。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)微觀限域結構對金屬納米粒子與其周圍環(huán)境的相互作用方式及催化性能具有重要影響，由此指導人們設計出新型金屬納米及合金催化劑材料，充分發(fā)揮貴金屬的催化效能，滿足貴金屬催化劑高效利用的實際需求。
　　本論文基于類水滑石(LDHs)主體層板的限域效應，采用尿素分解法首先制備了RuMgAl-LDHs催化劑前體，然后通過氫氣氣氛下

2、還原處理得到限域于LDHs層板中的金屬Ru納米粒子催化劑材料。進而，采用原位生長法在γ-Al2O3載體上合成出NiRuAl-LDHs前體，通過氫氣還原處理制備了負載型NiRu雙金屬合金催化劑材料。采用XRD、HRTEM、XPS及STEM-EDS等多種手段對限域結構Ru納米粒子及NiRu合金的晶相組成、表面價態(tài)、形貌等進行表征和分析，進而推測了Ru納米粒子生長機制，探討了微量Ru的摻雜對金屬Ni的還原行為的影響。最后分別將Ru納米粒子催化

3、劑及NiRu合金催化劑應用于苯和裂解汽油模擬物的加氫反應中，測試催化劑的活性、選擇性及穩(wěn)定性，并探討了催化劑結構與反應性能的構效關系。主要的實驗內(nèi)容和結果如下:
　　(1)采用尿素分解法制備了高結晶度的RuMgAl-LDHs催化劑前體，Ru離子均勻分布于水滑石層板中。然后，通過控制氫氣還原處理溫度制備了限域于LDHs層板中的金屬Ru納米粒子催化劑材料。采用HRTEM、STEM等表征研究表明，Ru納米粒子趨向于向LDHs邊緣區(qū)域聚集

4、。此聚集趨勢在恒定pH法制備的小晶粒RuMgAl-LDHs前體中表現(xiàn)的更為明顯，由此制得選擇限域于LDHs邊棱部位的復合型納米金屬Ru/LDHs催化劑材料。將由不同還原溫度制備的Ru/LDHs樣品應用于催化苯加氫生成環(huán)己烷反應中，在90℃，5MPaH2的反應條件下，100℃還原樣品催化性能最佳。主要源于過低的還原溫度不能保證Ru粒子的邊緣遷移，而過高的還原溫度使得Ru顆粒在邊緣聚集長大，降低了金屬分散性。
　　(2)以γ-Al2O

5、3作為載體，采用原位生長法在其上合成了NiRuAl-LDHs前體，通過450℃下氫氣還原處理制備了負載型NiRu雙金屬合金催化劑材料。STEM-EDX、XPS、TPR等測試結果表明，NiRu雙金屬形成了合金結構，微量Ru的添加提高了Ni2+的還原度，降低了Ni粒子尺寸。將制備的不同Ru含量的負載型NiRu合金催化劑應用于苯乙烯催化加氫反應中。結果表明，微量Ru的摻雜明顯提高了Ni催化劑的加氫反應性能。推測Ru的添加提高了Ni金屬分散性;