金属-氧化物协同催化剂界面结构的调控机制和催化选择性加氢性能研究

Recently, metal oxide modified noble metal catalysts have achieved great success in the field of selective hydrogenation of substituted aromatics. However, the intrinsic regulation mechanism of metal-oxide interface is not clear yet, and the relationship between metal-oxide interface structure and performance/stability still need further study and improvement.The project will develop supported Rh-MxOy nanocatalysts (Rh-MxOy/supports) by in situ transformation of bimetallic Rh@M (M, non-noble metal) core@shell nanoparticle precursors by calcination, and investigate the synergistic effect between Rh and non-noble metal oxide MxOy to further improve the catalytic selectivity and stability of hydrogenation process. To achieve the research goal, the project will design and synthesize Rh-MxOy nanocatalysts with different chemical compositions, and try to find out the crucial material factors determing the interface structure and catalytic performance through studying fundamental relationship between Rh-MxOy interface structures and catalytic performance. By studying the relationship between interface structure and catalytic slective hydrogenation performance，as well as the regulation methods of interface, the project will further clearify the origin of enhanced hydrogenation selectivity for this type of catalysts, and provide theoretic and experimental supports for commercializing stabe selective hydrogenation catalysts.

近年来，氧化物改性的贵金属催化剂在多官能团取代的芳香化合物选择性加氢方面展现了优异的性能，但是贵金属与氧化物界面的调控机制、构效关系、催化稳定性等方面还需要深入研究。本项目以非贵金属包裹贵金属的Rh@M核@壳型纳米颗粒为前体，在载体上原位焙烧制备负载的Rh-MxOy金属-氧化物协同效应催化剂（Rh-MxOy/载体），通过深入研究Rh与非贵金属氧化物MxOy的协同作用机制，提高催化剂的加氢选择性和稳定性。围绕目标拟设计合成不同化学组成的Rh-MxOy纳米颗粒，主要探索Rh-MxOy界面结构和组成与催化选择性及稳定性之间的本质联系，寻找决定催化剂界面结构和影响催化选择性及稳定性的关键材料因素。通过项目实施，将从催化剂界面结构及组成与催化选择性加氢性能的关系、界面结构调控的方法和途径等方面，进一步澄清氧化物改性的贵金属加氢催化剂优异选择性的起源，为实现长寿命选择性加氢催化剂提供理论和实验依据。

设计、开发高效长寿命的贵金属催化剂可降低贵金属催化剂的使用成本和减少三废的排放，在理论上和实际中都具有重要价值。本项目以双金属纳米颗粒为前体原位可控合成金属-氧化物协同催化剂，并对它们在选择性加氢反应中的性能和构效关系进行了深入研究。首先以核-壳型双金属纳米颗粒为前体在载体上焙烧和还原处理制备了Rh-MxOy（M=Sn、Co）金属-氧化物协同催化剂，探究了所制备催化剂在取代硝基苯选择性加氢反应中的性能。研究表明：紧密接触的Rh-MxOy的界面对取代硝基苯加氢反应具有很高的活性和选择性。材料表征和机理研究证实其优异性能来源于金属-氧化物之间的相互作用，这种可控相互作用促进了反应物的吸附和产物的脱附，因而提高了催化活性和选择性。我们进一步以双金属合金纳米颗粒为前体在载体上原位转化为金属-氧化物协同催化剂，所合成的紧密接触的金属-氧化物界面在取代硝基苯和糠醛选择性加氢反应中展现了优异的催化活性和选择性。综上所述，本项目设计了一种以双金属纳米颗粒为前体并通过在载体上原位转化为金属-氧化物协同催化剂的制备新方法，确定了高温焙烧和选择性还原转化双金属纳米颗粒前体为金属-氧化物纳米杂化体的途径和方式，阐明了金属-氧化物之间的相互作用与加氢活性和选择性的关联，并通过调控金属-氧化物界面提升了催化稳定性。研究成果为理性设计金属-氧化物协同催化剂提供了一条崭新思路，同时为该类催化剂的实际应用打下了坚实的基础。本项目资助发表SCI学术论文21篇，项目执行期内培养博士生3名、硕士生6名，发表博士论文3篇、硕士论文6篇。项目投入直接经费64万，已支出53.0113万，结余10.9887万，剩余经费将用于本项目后续研究支出。