Ir/MOx (M= Fe, Cr, Mn)催化剂的可控制备及其界面效应对巴豆醛吸附活化行为及气相选择性加氢反应的影响
批准号:
21773212
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
鲁继青
依托单位:
学科分类:
B0202.催化化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗孟飞、贾爱平、汤岑、陈玄烨、陈家喜、张婷婷、杨艳菊、宁想
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中文摘要
alpha,beta-不饱和醛催化选择加氢是精细化学品合成中的重要反应。研究发现在巴豆醛选择加氢中,催化剂中金属-助剂接触界面对反应有重要影响。但目前对界面性质与巴豆醛吸附活化机制及反应行为间的相关性缺乏完整认识,使得在进一步优化巴豆醛吸附活化过程和提高反应性能方面缺乏实验和理论依据,造成现有催化剂普遍存在选择性偏低和严重失活的缺陷。为此本项目以巴豆醛气相选择加氢为模型反应,设计负载型Ir/MOx(M= Fe, Cr, Mn)催化剂,通过改变Ir和载体的颗粒尺寸,区分催化剂结构和界面差异;研究Ir-载体接触界面性质和电子传递机制对巴豆醛的吸附活化及反应行为的影响;结合反应中间体和反应历程等问题的研究,建立清晰全面的催化构效关系;认识影响反应行为的关键因素和反应机理,为进一步提高催化性能提供实验和理论支撑。本课题的实施对深入理解alpha,beta-不饱和醛选择加氢的科学本质有重要学术价值。
英文摘要
The catalytic selective hydrogenation of alpha,beta-unsaturated aldehyde is an important reaction in the production of various fine chemicals. Extensive investigations on selective hydrogenation of crotonaldehyde over bi-metallic catalysts revealed that the presence of metal-additive interface is crucial for catalytic performance. However, systematic investigation on the roles of such interface on the adsorption, activation and reaction behaviors of crotonaldehyde is limited, which makes it challenging to the further optimization of the adsorption/activation of crotonaldehyde and improvement of the catalytic performance. Therefore in this project, controllable syntheses of a series of supported Ir/MOX (M = Fe, Co, Mn) model catalysts and their behaviors in gas phase selective hydrogenation of crotonaldehyde as a model reaction will be investigated. By changing the particle sizes of the Ir and supports, the differences in the structural and electronic properties of these catalysts will be illustrated. The investigation will be focused on the effects of Ir-support interface on: 1, the charge transfer process; 2, the adsorption behaviors of crotonaldehyde and related the catalytic performance; 3, reaction intermediates, reaction pathways and catalyst deactivation mechanism. The findings of this research are helpful to establish a reliable structure-performance correlation, which is important for the design of highly efficient catalysts and may provide deep understanding on the nature of the selective hydrogenation of alpha,beta-unsaturated aldehydes.
α,β-不饱和醛催化选择加氢是精细化学品合成中的重要反应,而催化剂中金属-助剂接触界面对反应有重要影响。但目前对界面性质与巴豆醛吸附活化机制及反应行为间的相关性缺乏完整认识,使得在进一步优化巴豆醛吸附活化过程和提高反应性能方面缺乏实验和理论依据。在国家自然科学基金支持下,我们以巴豆醛选择加氢为模型反应,重点研究了Ir-基负载型催化剂中Ir-助剂、Ir-载体之间的接触界面性质和电子传递机制对巴豆醛的吸附活化及反应行为的影响,并建立了清晰的构效关系。主要研究内容如下:1. Ir/MOx负载型催化剂上巴豆醛选择性加氢反应行为。结果表明,Ir物种与载体之间存在强相互作用,并与载体暴露晶面、催化剂预处理条件等因素密切相关。例如Ir/TiO2-{101}催化剂的巴豆醇生成TOF比Ir/TiO2-{001}催化剂高出7倍,其反应行为与TiO2晶面依赖的氧缺位密切相关,催化剂表面的氧缺位作为酸性位点为巴豆醛分子中的C=O键提供了吸附位并提高了活性。2. 助剂修饰的Ir基催化剂上巴豆醛选择性加氢反应行为。我们通过制备不同助剂修饰的Ir催化剂,考察助剂与Ir物种之间相互作用对反应行为的影响。例如研究了一系列MoOx修饰的 Ir/TUD-1 催化剂对巴豆醛选择性加氢反应的影响。表征结果表明,MoOx修饰了 Ir 粒子,改变了催化剂的形貌和电子性质。这种修饰导致了 Ir-MoOx界面的生成,改变了巴豆醛分子的吸附和活化,提高了活性和选择性。3. Ir基催化剂上巴豆醛加氢的结构敏感性和反应动力学研究。我们发现热处理对 Ir基催化剂的结构和电子性质有重要影响。小颗粒的Ir 物种的表面更富电子,抑制了巴豆醛中 C=C 键的吸附,从而提高了对巴豆醇的选择性。通过对比3Ir/BN和3Ir-0.05Fe/BN催化剂上的反应动力学行为,揭示了FeOx的添加增强了巴豆醛的吸附同时抑制了H2的吸附;加入FeOx后生成巴豆醇的表观活化能显著降低,说明出现新的Ir-FeOx界面反应活性位。上述研究成果阐明了Ir基催化剂中界面性质的调控对界面形貌和电子结构等因素的影响,为“界面效应改变巴豆醛吸附活化行为”提供了重要的实验数据,对高效选择性加氢催化剂的设计提供了良好的借鉴。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.16084/j.cnki.issn1001-3555.2020.04.007
发表时间:2020
期刊:分子催化
影响因子:--
作者:胡一鸣;郑万彬;汤岑;李艳明;鲁继青
通讯作者:鲁继青
Highly Active Pt/BN Catalysts for Propane Combustion: The Roles of Support and Reactant-Induced Evolution of Active Sites
用于丙烷燃烧的高活性 Pt/BN 催化剂:载体的作用和反应物诱导的活性位点演化
DOI:10.1021/acscatal.8b03666
发表时间:2019-02-01
期刊:ACS CATALYSIS
影响因子:12.9
作者:Liu, Yan-Rong;Li, Xue;Lu, Ji-Qing
通讯作者:Lu, Ji-Qing
Kinetic study of selective hydrogenation of crotonaldehyde over Fe-promoted Ir/BN catalysts
Fe助剂Ir/BN催化剂上巴豆醛选择性加氢反应动力学研究
DOI:10.1016/j.apsusc.2018.08.230
发表时间:2019
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Ning Xiang;Xu Yu Meng;Wu An Qi;Tang Cen;Jia Ai Ping;Luo Meng Fei;Di Ji Qing
通讯作者:Di Ji Qing
Selective hydrogenation of crotonaldehyde over Ir/BN catalysts: kinetic investigation and Ir particle size effect
Ir/BN 催化剂上巴豆醛的选择性加氢:动力学研究和 Ir 粒径效应
DOI:10.1007/s11144-021-01933-w
发表时间:2021-01
期刊:Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis
影响因子:--
作者:Hu Yi-Ming;Zheng Wan-Bin;Jia Ai-Ping;Luo Meng-Fei;Tang Cen;Lu Ji-Qing
通讯作者:Lu Ji-Qing
The effects of TiO2 crystal-plane-dependent Ir-TiOx interactions on the selective hydrogenation of crotonaldehyde over Ir/TiO2 catalysts
TiO2 晶面依赖性 Ir-TiOx 相互作用对 Ir/TiO2 催化剂上巴豆醛选择性加氢的影响
DOI:10.1016/s1872-2067(21)63810-x
发表时间:2021
期刊:Chinese Journal of Catalysis
影响因子:16.5
作者:Jia Aiping;Zhang Yunshang;Song Tongyang;Hu Yiming;Zheng Wanbin;Luo Mengfei;Lu Jiqing;Huang Weixin
通讯作者:Huang Weixin
Pt基催化剂上VOCs催化燃烧中SO2的作用机制研究
- 批准号:22472154
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:--
- 批准年份:2024
- 负责人:鲁继青
- 依托单位:
Pt/MOx (M = Al, Ce, Fe, Cr-Fe, Co-Fe)催化剂上丙烷催化燃烧反应中水汽的作用机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:63万元
- 批准年份:2020
- 负责人:鲁继青
- 依托单位:
CuO/CeO2催化剂上CO 氧化的结构(界面)敏感性和活性物种研究
- 批准号:21173195
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:鲁继青
- 依托单位:
纳米金催化剂上丙烯直接环氧化反应研究
- 批准号:20703039
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:鲁继青
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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