Pt纳米晶/水滑石催化剂制备及其对α,β-不饱和醛加氢性能研究

摘要

肉桂醛作为一种典型的α,β-不饱和醛，是重要的化工原料。其选择性加氢C=O双键生成相应的不饱和醇具有广泛的应用价值，是常用香精香料、药物、化妆品等的重要中间体。与C=O双键加氢相比，其共轭的C=C双键因热力学稳定性较低更容易发生加氢反应。因此，如何制备高活性、高选择性催化剂，提高C=O加氢选择性成为人们关注的一个重要课题。
　　水滑石(LDH)是一种阴离子型层状粘土材料，由于其结构具有多功能性、层板组成及层间阴离子可调控性、廉价易得等特点被广泛应用于催化材料。
　　本研究以水滑石为载体，醇为还原剂，通过水热反应，将分别位于溶液中和水滑石层间的Pt金属前驱物(PtCl62-)还原负载到水滑石表面，制得负载型Pt纳米晶催化剂。选择肉桂醛（CMA）加氢反应体系对其进行催化性能研究。具体研究内容如下：
　　(1) CO32--LDH/NO3--LDH的制备及表征
　　通过类似成核/晶化隔离法，以 Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O为混合盐溶液，NaOH、NaCO3为混合碱溶液，制备 CO32-插层水滑石(CO32--LDH)；同时采用相同混合盐溶液，NaOH碱溶液，制备NO3-插层水滑石(NO3--LDH)。采用透射电镜、X-射线粉末衍射、红外光谱等技术对所制备水滑石进行表征。结果分析显示，通过该方法制得了粒径较小(30-40 nm)、尺寸较均匀、不同阴离子插层的片状结构水滑石，用于后续Pt纳米晶体的负载。
　　(2)以CO32--LDH为载体负载Pt纳米晶催化剂的制备及其对肉桂醛加氢性能研究
　　以CO32--LDH为载体，使用醇(乙二醇、乙醇、甲醇)/十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)体系，通过水热反应一步制得Pt纳米晶负载催化剂。采用X-射线粉末衍射、红外光谱、透射电镜、X射线光电子能谱等技术进行表征，并研究其对肉桂醛的催化加氢性能，同时考察了还原剂种类、催化反应时间、反应温度对催化性能的影响。结果表明：在温和反应条件下，乙二醇(EG)还原制得的Pt/LDH-EG催化剂具有非常高的活性，TOF达2.314 s-1，同时对C=O键加氢具有较高选择性，可达78.8％，且该催化剂稳定性良好，四次循环使用后，转化率仍保持在85%以上，C=O选择性为72.2%。
　　(3)以NO3--LDH为前驱体原位制备Pt纳米晶负载催化剂并就其对肉桂醛加氢反应进行研究
　　以 NO3--LDH为前驱体，首先将 PtCl62-同层间的 NO3-进行离子交换，再用EG/TTAB体系将PtCl62-还原，经Pt纳米晶体原位生长，制得水滑石负载催化剂(Pt-s/LDH-EG)。用X-射线粉末衍射、红外光谱、透射电镜、X射线光电子能谱等技术对其进行表征，通过肉桂醛加氢反应研究其催化活性、选择性以及稳定性，并进一步考察催化反应时间、反应温度、反应溶剂对催化剂性能的影响。结果表明：乙醇为溶剂时，该催化剂可得到较高转化率（92.6%）、C=O选择性(75.5%)以及较好的重复利用性。四次循环使用后，该催化剂转化率仍可保持在83%以上，C=O选择性变化不大，保持在72.3%。
　　综上所述，本研究以多功能性LDH为载体，使用EG/TTAB体系，通过水热反应制备负载型Pt纳米晶催化剂，并用于肉桂醛加氢反应，得到了高的加氢活性、高的C=O选择性以及重复利用性能优良的复合催化剂，对于α,β-不饱和醛选择性加氢反应的催化剂设计和实际应用具有重要的借鉴意义。

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1 绪论

1.1 肉桂醛催化加氢研究现状

1.2 水滑石的研究进展

1.3 Pt基纳米晶催化剂的研究进展

1.4 课题研究内容与创新性

2 插层不同阴离子的水滑石制备及表征分析

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 CO32--LDH的表征分析

2.4 NO3--LDH的表征分析

2.5 本章小结

3 CO32--LDH负载Pt纳米晶催化剂制备及其对肉桂醛加氢性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 催化剂的表征分析

3.4 催化剂对肉桂醛催化加氢性能研究

3.5 Pt/LDH-EG催化剂稳定性研究

3.6 本章小结

4 NO3--LDH前驱体原位制备Pt纳米晶负载催化剂及其对肉桂醛加氢性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 催化剂的表征分析

4.4 催化剂对肉桂醛催化加氢性能研究

4.5 Pt-s/LDH-EG催化剂稳定性研究

4.6 本章小结

5 研究结论与展望

5.1 研究结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

个人简历

学术论文

致谢