C3多元醇选择性氧化负载型金属/碳基纳米材料催化剂构筑与催化作用机制的研究

In this work, the preparation chemistry of carbon-based nanomaterials, i. e., carbon nanotubes (CNT) and nitrogen-doped carbon nanotubes will be studied, and the as-prepared carbon-based nanomaterials will be used as catalyst supports to construct the supported metal (Pt,Pd, Au) /carbon-based nanomaterials catalysts. The influences of metal particle size, metal-promoter interaction, synergistic effect of bimetals, metal-support interaction and surface acid-base properties of supports used on the catalytic properties of catalysts for selective oxidation of polyols will be investigated by using micro-reactor tests combined with various physico-chemical methods, and the correlations of catalytic properties to catalysts composition and structure will have been revealed. The chemisorption and transformation behaviors of oxygen and C3 polyol molecules on the surface of supported metal/carbon-based materials catalysts with different composition and structure will be studied, and the catalytic mechanism of C3 polyols selective oxidation will have been elucidated, and the metal/carbon-based nanomaterials catalysts with unique catalytic properties for selective oxidation of C3 polyols will be designed and prepared.

本工作研究碳纳米管(CNT)和氮掺杂碳纳米管(NCNT)等碳基纳米材料制备化学，以所制备的碳基纳米材料为载体，构筑负载型金属（Pt,Pd,Au） /碳基纳米材料催化剂。 用微反测试和多种物理化学手段研究负载型金属/碳基纳米材料催化剂的金属晶粒大小、金属-助剂相互作用、双金属协同作用、金属-载体相互作用以及载体表面酸碱性等对甘油和1,2-丙二醇选择性氧化催化性能的影响，揭示催化剂组成和结构与C3多元醇选择性氧化催化性能之间的关系。 研究不同组成和结构的负载型金属/碳基纳米材料催化剂表面氧物种的吸附和转化行为，阐明C3多元醇选择性氧化催化作用机制, 设计和研制具有优良催化性能的C3多元醇选择性氧化金属/碳基纳米材料催化剂。

本工作研究了碳基纳米材料的制备化学，包括碳纳米管（CNTS））、含三苯基膦(PPh3)的共价有机框架材料 (P –COFs)和共价三嗪框架材料(Tppo –CTFs)等。以这些材料为前驱体，采用热碳化法和催化碳化法制备不同组成和结构的碳基纳米材料，可控地制备了具有特定组成(N、P等杂原子含量)和结构的碳基纳米材料; 以所制备的碳基纳米材料为载体，构筑了负载型金属(Pd,Au）/碳基纳米材料催化剂。 用微反测试和多种物理化学手段研究了负载型金属/碳基纳米材料催化剂的金属晶粒大小、金属-载体相互作用和双金属协同作用等对C3多元醇选择性氧化催化性能的影响, 揭示催化剂组成和结构与C3多元醇选择性氧化催化性能之间的关系。研究结果表明，负载型金属(Pd,Au）催化剂表面的过氧（O22-）物种为C3多元醇选择性氧化的主要催化活性氧物种, 通过调整碳基纳米材料载体的组成和结构，可以调变负载型金属催化剂表面O2 分子和C3 多元醇分子的吸附与转化行为，以及C3多元醇的选择性氧化催化性能。设计和研制了具有优良催化性能的C3多元醇选择性氧化负载型金属催化剂。