金原子精确落位对Au-Pd催化剂催化氢气、氧气直接合成双氧水的影响

The process of direct synthesis of hydrogen peroxide has the advantages of highly efficient, green oxidant, high atom utilization and simply process etc. it is the most promising route of H2O2 production. According the galvanic replacement method, the gold replaced the part of Palladium which have different shapes. The rules of synthesis will be summarized. According the adjustments of variable load conditions, the modified Au-Pd bimetallic will be supported on the different carriers. At the same time, the carrying action of the carrier and the interaction between the carrier and active components will be analyzed. In the direct synthesis of hydrogen peroxide, different reaction conditions, which include different of solvent composition, gas composition and halogen, will be optimized for hydrogen peroxide synthesis. According to the catalyst characterization (HRTEM, XPS, In Situ IR and MS etc.), the active site for decomposition of H2 and O2 will be exploded and the reaction mechanism will be speculated, which can be employed to catalyst synthesis. Eventually, we will develop the supported AuPd catalysts with high-activity, high selectivity and high stability, which will have been applied in the direct synthesis of hydrogen peroxide.

H2和O2直接合成H2O2过程绿色环保、原子利用率高，并且具备工艺简单等优点，是最具潜力的H2O2生产工艺路线。本项目通过合成不同形貌的钯纳米颗粒，利用电置换法制备金替换的钯纳米颗粒，探索该过程中取代位置的合成规律；调变负载条件，将修饰后的Au-Pd双金属负载于载体上，制备负载型Au-Pd双金属催化剂，考察金修饰的钯与载体相互作用机制；双氧水合成反应过程中，不同的溶剂组成、气体组成和卤素等反应条件的筛选，优化双氧水合成过程；通过HRTEM、XPS、In Situ IR和MS等表征，探索催化剂表面解离H2和O2的活性中心位置，推测可能的反应机理，指导催化剂合成。最终，研发出高活性、高选择性和高稳定性的负载型Au-Pd催化剂用于双氧水直接合成反应中。

H2和O2直接合成H2O2过程绿色环保、原子利用率高，并且具备工艺简单等优点，是最具潜力的H2O2生产工艺路线。进展主要有以下几方面： 1）通过胶体法合成了不同尺寸的纳米立方体，随着金属尺寸的减少，金属的形貌发生变化，当金属颗粒的尺寸小于四纳米时，金属的形貌逐渐减小为球形。因此，诱导剂含量的调控可以优化金属Pd的形貌和大小，对Pd金属的修饰奠定了基础。 2）催化剂载体与金属之间的相互作用，对于催化性能的提升有重要作用。因此，我们对常见的载体进行了筛选，发现不同的碳材料催化性能迥异，其中，C(JCSC)作为载体时反应活性明显优于C(VCX72)和C(BP2000)。同时，氧化物中氧化钛与氧化硅作为载体时也表现不俗，但是表面含有碱性的基团的时候比如羟基的时候，双氧水的选择性降低，导致产物双氧水的收率降低。 3）与传统的浸渍、共沉淀及沉积沉淀方法，使用等离子体方法制备催化剂，能够快速简洁的合成催化剂，减少了焙烧干燥的过程，除去了繁琐的步骤提高了制备效率；另一方面，等离子具有高的能量，有利于双金属形成合金，Au-Pd之间形成合金后，强烈的相互作用能降低H2解离速度，同时抑制O2解离，进而实现氢气和氧气直接、高效合成H2O2。金钯合金通过沉淀还原的方法负载到三明治结构的氧化石墨烯改性的氧化钛载体上，通过优化金钯合金比例，氧化石墨烯的厚度等，制备了最优的催化剂应用于氢气氧气直接合成双氧水反应中。当贵金属含量为1%（金钯比例为一比一，氧化石墨烯的含量为6 wt%时），催化剂在双氧水直接合成反应中的生产效率和选择性分别达到了5.05 molH2O2 gmetal-1 h-1 and 63.5%。该结果明显优于文献中报道的结果。