沸石晶体内嵌入式负载贵金属纳米催化剂的制备及其性能研究

以石油化工联合基金有关"石油化工新型催化材料与催化剂"研究指南为导向，开展"催化剂活性中心可接近性及多活性中心协同"的新型负载型催化剂的制备方法，以及应用目标导向的石油化工催化过程的研究。根据和利用层状结构分子晶体和孔道结构独特、可塑性强、种类渐增的特点，设计层状硅铝或钛硅分子筛晶体内嵌入式负载贵金属纳米粒子催化材料的新合成路线。采用层间溶胀技术和主客体相互作用化学手段，制备MWW、MFI、BEA*和MTW等层状分子筛载体限域负载Au、Pt和Pd等纳米颗粒的双功能催化剂，提高金属颗粒的分散度，缩短其与分子筛骨架催化中心的空间距离，强化两者的催化协同效应。进一步研究其催化直链烷烃骨架异构化反应制备高辛烷值异构烷烃产物，以及催化丙烯、氢气和氧气直接气相氧化制备环氧丙烷反应的催化性能，为形成环境友好和过程强化的石油化工新催化过程提供理论指导。

开展了“催化剂活性中心可接近性及多活性中心协同”的新型负载型催化剂的制备方法，过程强化型原子经济催化反应过程的研究。利用层状结构分子晶体和孔道结构独特、可塑性强、种类渐增的特点，设计了层状硅铝或钛硅分子筛晶体内嵌入式负载贵金属纳米粒子催化材料的新合成路线。采用层间溶胀技术和主客体相互作用化学手段，制备层状分子筛载体限域负载Au和Pd等纳米颗粒的双功能催化剂，提高金属颗粒的分散度，缩短其与分子筛骨架催化中心的空间距离，强化两者的催化协同效应。开展了负载金属催化活性组分的分子筛材料的制备、贵金属纳米颗粒的在分子筛孔道中的组装和双功能催化剂的设计；研究了金或钯纳米颗粒负载的微孔介孔核壳结构分子筛在丙烯、氢气和氧气一步合成环氧丙烷中的应用；设计合成了钛硅分子筛负载Rh(OH)x以及纳米片层状分子筛负载Pd纳米颗粒双功能催化材料， 并研究了其催化性能。具体研究工作内容和重要进展包括：（1）设计合成了一系列层状分子筛材料和杂原子分子筛材料，为研究双功能催化反应体系打下材料基础；（2）成功制备介孔氧化硅或介孔碳包裹钛硅分子筛的核壳材料以及贵金属纳米材料的组装和集成，得到了双功能催化材料；（3）双功能催化材料对催化丙烯、氧气、氢气直接合成环氧丙烷反应，醛、氨、双氧水直接合成酰胺反应以及醇、丙二氰和氧气的一锅法氧化-克氏缩合反应均显示良好催化性能。所取得的结果为研发环境友好氧化催化过程提供了理论依据。本项目通过3年的实施，相关成果发表在Angew. Chem.、JACS、Chem. Commun、Chem. Mater.、J. Mater. Chem.、ACS Catal.、J. Catal.、Appl. Catal. A、J. Mol. Catal. A、Microp. Mesop. Mater 等化学和催化的主流学术期刊发表项目标注论文30篇，申请和获授权专利10项。