负载型Pt基双金属催化剂的设计、化学制备及催化性能调控

设计制备负载型双金属催化剂以及精细调控其催化性能是催化科学与技术领域最富有挑战性的课题方向之一。本申请项目拟通过设计并合成多种金属有机前体，采用化学气相沉积技术选控制备负载型Pt基双金属催化剂；利用多种原位表征技术弄清双金属催化剂的形成机理和结构变化规律，从而实现双金属催化剂的结构和组成的可控调变；以代表性的加氢反应如芳烃、双烯烃和炔烃选择加氢等为探针反应，研究负载型双金属催化剂的催化性能，揭示双金属催化剂的结构和组成与催化性能的内在规律性关系；采用Monte Carlo和密度泛函等理论对化学气相沉积过程中的双金属催化剂的形成机理和结构变化规律，以及催化反应过程中结构和性能等进行理论模拟，结合实验结果确定负载型双金属催化剂的形成机制以及结构和催化性能调控规律。课题的实施将在分子层面建立双金属催化剂的设计和结构与性能的调控机理，从而为相关的催化剂研制和精细调控提供理论基础。

设计制备负载型双金属催化剂以及精细调控其催化性能是催化科学与技术领域最富有挑战性的课题方向之一。金属有机化合物合成的快速发展为利用其作为双金属前体制备粒度和组成均一的负载型催化剂提供了契机。同时广泛应用于电子等领域的化学气相沉积技术具有易于控制，影响因素少，重复性高等优点，可以克服催化材料传统制备方法的不足。因此，化学气相沉积技术与金属有机化学的结合，提供了一种设计制备尺寸和组成高度均一的负载型双金属催化剂的有效方法，从而为有效的精细调控催化剂结构、组成和催化性能，以及研究催化剂的构效关系开辟了一条新途径。本申请项目通过合理设计并合成多种金属有机前体如Pt(C5H9)2, Pd(C3H5)(C5H5), Pt3Fe3(CO)15, Pt5Fe2(CO)12(COD)2, [Fe(H2O)6][PtCl6], Pt-Fe (CO)x(COD)y等，采用化学气相沉积技术选控制备负载型双金属催化剂；利用多种原位表征技术弄清双金属催化剂的形成机理和结构变化规律，从而可基本实现双金属催化剂的结构和组成的可控调变；以代表性涉氢反应如芳烃和炔烃选择加氢、加氢脱氧和C-C偶联反应等为探针反应，研究负载型双金属催化剂的催化性能，揭示双金属催化剂的结构和组成与催化性能的内在规律性关系。相关的研究引起国内外研究人员广泛关注，如树脂负载贵金属催化剂的化学气相沉积制备和偶联反应性能被选为催化学报封面文章报道；有机框架材料负载贵金属催化剂的化学气相沉积制备被著名催化专家H. Garcia教授在Chem. Soc. Rev.（2012, 41, 5262) 进行了大量评述，利用室温下MOCVD法将Pd粒子载入到MOF-5孔道中，保证了MOF-5结构在担载过程中不被破坏，所得的催化剂在Suzuki偶联反应中显示了良好的活性。本项目从基础研究出发，研究了双金属催化材料的可控制备过程，以及在催化加氢反应中的催化作用机理，形成具有知识产权的催化剂和相关技术。课题的实施在"分子工程"层面为负载型双金属催化材料的可控制备及其在催化加氢领域的进一步应用奠定了科学基础。发表/接受学术论文19篇，申请/授权专利5件，培养博士和硕士研究生10名。