TiO2纳米管限域PtPdAu催化剂的制备及其选择加氢性能

The nano catalyst exhibits excellent unique performance as the active component confined in the nano/micro space, due to the well-known quantum effect. Pt, Pd and Au mono or multi components confined in the TiO2 nanotube, are prepared and its catalysis towards selective hydrogenation transformation are studied as well. It could provide the basis theory for the design of catalysts in fine chemical transformation derived from bio-mass, petroleum, natural gas and so on. Firstly the Pt, Pd and/or Au components are introduced into the titania nanotube, then the titania nanotube is transformed into the well-crystallited titanium oxide (TiO2) nanotube via controllable thermal treatment, and then the novel catalyst with noble metal confined in TiO2 nanotube is obtained. The effect of preparation process on the composition, morphology and crystallite of TiO2 nanotube, as well as active component (Pt, Pd, Au or alloy) were comprehensively investigated. The performance of catalysts towards selective hydrogenation were evaluated by hydrogenation of phenol/unsatured aldehyde as model reaction. The relationship between the structure and activity are investigated. Based on the quantum effect and confined electronic effect, the synergetic mechanism between the active component and the TiO2 nanotube are explored.

限域于有限纳微空间中的催化活性组元，由于量子效应而显示出独特的催化活性。开展二氧化钛纳米管限域Pt、Pd、Au复合催化剂的制备及其催化选择加氢的机理研究，可为生物质、石油、天然气等合成精细化工品工艺中的催化剂设计提供理论依据。本项目通过对水热合成钛酸纳米管外表面进行疏水改性，将Pt、Pd、Au内嵌于钛酸纳米管，进一步通过控制热处理工艺制备二氧化钛纳米管限域Pt、Pd、Au的复合催化剂。考察制备工艺条件对二氧化钛纳米管载体、活性组元Pt、Pd、Au及其合金化的组成、形貌、晶型等的影响。采用选择加氢（苯酚/不饱和烯醛选择加氢等）做模型评价体系，考察催化剂的加氢还原性能。在研究催化剂结构与催化活性之间关系的基础上，基于量子效应和限域电子效应，探讨限域空间内的Pt、Pd、Au的催化特性及其与二氧化钛纳米管载体之间的协同催化作用机理。

催化剂的反应活性及其产物选择性的调变是催化过程的核心与关键。因此，催化研究者们一直致力于开发研究各种新型催化剂结构，以实现对化学反应活性与选择性的调控。金属/金属氧化物活性组元嵌入到纳米维度空间内，利用限域空间对催化剂活性组元的结构与性能进行调控，实质上是对活性组元与载体之间界面相互作用的调控。纳米管限域催化技术已经成为一种调控多相担载催化剂表面结构与电子性质的有效方法之一。.本项目系统开展了二氧化钛纳米管限域贵金属催化性能的研究工作，考察制备工艺条件、活性组元Pt、Pd、Au及其合金化的组成、形貌、晶型等对催化剂结构特性的影响。采用选择加氢、光解水制氢、费托转化、催化燃烧等做模型评价体系，研究催化剂结构与催化活性之间的关系。基于量子效应和限域电子效应，探讨限域空间内的组元与二氧化钛纳米管载体之间的协同催化作用机理。.基于以上研究内容，本项目开发了一种外表面疏水改性结合真空辅助浸渍制备贵金属纳米颗粒限域于二氧化钛纳米管内催化剂的工艺，获得了一系列高活性贵金属纳米颗粒（包括Pt、Pd、Au、Ru）内嵌入二氧化钛纳米管催化剂，证实了二氧化钛纳米管限域效应可有效增强内嵌组元的催化活性，调变内嵌组元的催化选择性。与非限域贵金属纳米催化剂M/TNT (M=Pt, Pd, Au, Ru)比较，对应的限域催化剂M@TNT在选择加氢、费托转化、光催化及催化燃烧方面都展示出增强的催化活性。初步探明了二氧化钛纳米管的限域协同机理：空间限制作用可有效抑制金属烧结与流失，提高金属分散度；增强的金属-载体相互作用促进电子转移。基于以上研究成果，以本项目作为第一标注基金发表了SCI论文5篇，完成了本项目立项之初设定的研究目标。.本项目开展的二氧化钛纳米管限域催化剂及其应用的研究，探讨的限域增强催化活性规律与调变催化选择性机制，可为进一步完善与发展限域协同催化机理提供理论依据，为利用生物质、石油、天然气、太阳能等合成精细化工品工艺中的催化剂设计提供技术参考。