高效多功能复合氧化物固体酸催化剂的制备及其催化性能研究

As environmentally friendly catalysts, Solid acid has attracted much attention. Because it can effectively overcome the problems caused by liquid acid including equipment corrosion and environmental pollution. According to the literature, both layed mixed oxide and mesoporous transition metal oxides existed problems including low catalytic acitivity and slow diffusion rate. To solve these problems, this proposal intend to use Pechini-type Sol-Gel process to synthesis high-performance transition mixed metal oxide as solid acid material. We choose the hydrolysis of cellulose as model reaction, then we study the relationship among the conditions of preparation, structure and catalytic properties of the solid acid. Furthermore, the mixed oxides can be used as catalyst carrier, and transferred into bi-functional catalysts by supporting Ⅷ group metals. Using catalytic conversion reaction of bio-platform molecules(furfural and glycerol) as model reaction, we also study the relationship among the structure of support, preparation conditions of bifunctional catalysts and its’ catalytic performance. The preparation method of mixed metal oxide solid acid designed in this proposal is different from the traditional methods. The resulting material's components are uniformly distributed, and it have strong acidity and high surface area. In addition, its micro-spherical structure improves the diffusion properties of catalytic materials. It provides new method for preparing solid acid materials, and also provides new ideas to design and synthesize bifunctional catalysts. These two types of catalysts have broad prospect of application.

固体酸是一种备受关注的环境友好型催化剂，它能有效地克服液体酸带来的设备腐蚀和环境污染等问题。针对文献报道的层状和介孔过渡金属复合氧化物固体酸存在的催化活性低和扩散控制等问题，本项目拟用Pechini型溶胶-凝胶法，制备高性能的过渡金属复合氧化物固体酸材料。利用纤维素水解等作为酸催化模型反应，研究复合氧化物固体酸的制备条件、结构与催化性能之间的关系。制备的复合氧化物可进一步作为载体，负载第Ⅷ族金属，得到双功能催化剂，利用生物平台化合物（糠醛和甘油）催化转化作为模型反应，研究了载体结构、催化剂的制备条件和催化性能之间的关系。本项目设计的复合氧化物固体酸制备方法有别于传统方法，得到的材料具有组分分布均匀、酸性强和较大的比表面积，且其微球型结构提高了催化材料的扩散性能。本研究为固体酸材料的制备开辟了新的途径，也为双功能催化剂的设计和合成提供了新思路，这两类催化剂均具备相当的实际应用前景。

随着可持续发展观念和环境意识等观念的深入人心，固体酸是一种备受关注的环境友好型催化剂，因为它能有效地克服液体酸带来的设备腐蚀和环境污染等问题。针对文献报道的层状和介孔过渡金属复合氧化物固体酸存在的催化活性低和扩散控制等问题，本课题主要采用Pechini型溶胶-凝胶法，对复合氧化物固体酸及其负载型双功能催化剂进行了较为深入的研究。.1）.铌-锆复合氧化物固体酸材料及其负载型双功能催化剂的性能研究.通过探索Pechini型溶胶-凝胶法的合成条件，合成了微球型铌-锆复合氧化物。以仲醇作为氢源，该复合氧化物催化剂能将糠醛一步转化成乙酰丙酸酯，其产率达81.0%（含乙酰丙酸异丙醇酯和乙酰丙酸糠醇酯）。该材料作为双功能催化剂，以“一锅法”方式实现糠醛催化转移氢化和中间体糠醇酸催化开环醇解。此外，采用介孔铌-锆复合氧化物负载活性金属铂，得到双功能催化剂，在糠醛氧化衍生物[5-羟基-2(5H)-呋喃酮]选择性加氢脱氧制备ɤ-丁内酯反应中具有较高的催化性能，其中活性金属催化加氢，而介孔固体酸催化脱水反应。.2）.Pechini型溶胶-凝胶法制备高性能的非贵金属催化剂. 使用高性能的非贵金属催化剂替代成本高昂的贵金属催化剂，这是催化学科的重要研究领域之一。采用类似的方法制备了一系列碳层包覆的非贵金属催化剂，进一步拓展了Pechini型溶胶-凝胶法的应用范围。制备了碳层的包覆钴纳米催化剂，在芳香硝基化合物选择性氢化反应中表现出较高的催化性能。此外，采用该方法制备碳层包覆Cu-Co双金属催化剂，在5-羟甲基糠醛选择性氢解成2,5-二甲基呋喃反应中显示优良的性能，双金属组分的协同作用有利于提高催化性能。另外，制备了碳层包覆的Ni-Co双金属催化剂（Ni-Co@C），用于2-苯氧基-1-苯乙醇作为木质素模型化合物的氢解反应。.基于以上研究成果，以本项目作为标注基金发表了SCI论文7篇，完成了本项目立项之初设定的研究目标。 本项目开展的Pechini型溶胶-凝胶法制备催化剂的研究，探讨了材料结构与性能的关系，为绿色工业中洁净和可持续生产提供技术参考。