负载Pt-WOx催化剂上甘油选择氢解合成1,3-丙二醇

作     者：李宇明 刘海超 Yuming Li;Haichao Liu

作者机构：北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家研究中心北京100871 

出 版 物：《物理化学学报》 (Acta Physico-Chimica Sinica)

年 卷 期：2022年第38卷第10期

页      面：73-80页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2021YFA1501104) 国家自然科学基金项目(22032001,21832001,21821004) 北京分子科学国家研究中心项目(BNLMS-CXXM-201905)资助。 

主　　题：甘油 1,3-丙二醇 氢解反应 Pt催化剂 WO3 强相互作用 

摘      要：甘油是重要的生物质基平台分子,可以从生物柴油生产过程中作为副产物大量获得。本文采用等容浸渍法,在氧化钛、三氧化二铝和氧化锆载体上制备一系列具有不同WO_(3)表面密度的负载Pt-WO_(x)催化剂,研究了它们在甘油选择氢解合成1,3-丙二醇反应中的催化性能。实验结果表明,WO_(3)的表面密度显著影响这些催化剂的活性和1,3-丙二醇选择性,它们均在1.5–2.0 W·nm^(−2)表面密度时表现出最优性能,表明分散的WO_(x)物种是影响Pt-WO_(x)催化剂性能的关键因素。通过原位红外CO吸附表征等方法发现Pt粒子与WO_(x)物种之间存在电荷转移和强相互作用,进而提高Pt-WO_(x)催化剂的甘油氢解转化为1,3-丙二醇的活性。进一步比较甘油、1,2-丙二醇和1,3-丙二醇的氢解反应发现,1,3-丙二醇的氢解速率常数低于甘油和1,2-丙二醇,表明在Pt-WO_(x)催化剂上1,3-丙二醇具有更高的反应稳定性,这跟Pt-WOx催化剂具有较高的1,3-丙二醇选择性相一致。结合氢气分压对甘油氢解活性表现出的火山型影响结果和在D_(2)/D_(2)O存在下,观察到的1,3-丙二醇产物中仲碳与伯碳上的H原子数的比例(~1:2),我们推测在甘油氢解合成1,3-丙二醇反应中,甘油首先在Pt-WO_(x)催化剂上脱氢生成甘油醛中间体,然后甘油醛进一步脱水和加氢转化为1,3-丙二醇。